专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种新型的多光谱成像系统，属于光谱成像领域。该系统包括前处理光学子系统(1)、微型可编程光栅(2)及其驱动控制电路(3)、后处理光学子系统(4)和成像子系统(5)。前处理光学子系统(1)采集目标光线并进行汇聚、反射；微型可编程光栅(2)作为分光元件，对光束分光，产生衍射光谱；驱动控制电路(3)控制微型可编程光栅(2)；后处理光学子系统(4)对衍射光谱进行汇聚、过滤；成像子系统(5)实现对特定光谱段进行成像。本发明将微型可编程光栅用于多光谱成像系统，其理论上的工作波段数是无穷多个，有效解决了现有技术中需要频繁更换滤光片的麻烦，同时驱动控制电路与分光元件的可单片集成性将极大缩减系统的体积与重量，系统的成本大幅度降低。

权利要求

1.一种多光谱成像系统，依次包括前处理光学子系统(1)、微型可编程光栅(2)及其驱动控制电路(3)、后处理光学子系统(4)和成像子系统(5)；所述的前处理光学子系统(1)采集目标光线并进行汇聚、反射；微型可编程光栅(2)作为分光元件，对经前处理光学子系统(1)处理后的光束分光，产生衍射光谱；驱动控制电路(3)控制微型可编程光栅(2)，对其光栅周期或闪耀角参数进行调节，使衍射光谱发生偏移；后处理光学子系统(4)对衍射光谱进行汇聚、过滤，消除不同级次衍射光谱之间的干扰，保证衍射主极大的信号完整性；成像子系统(5)实现对经后处理光学子系统(4)处理后的光谱的过滤，并对特定光谱段进行成像。

2.一种如权利要求1所述的多光谱成像系统，其特征在于，所述的微型可编程光栅(2)是闪耀角可调式微型可编程光栅或周期可调式微型可编程光栅。

3.一种如权利要求1所述的多光谱成像系统，其特征在于，所述的微型可编程光栅(2)采用微机电系统技术加工而成。

4.一种如权利要求1所述的多光谱成像系统，其特征在于，所述的微型可编程光栅(2)与所述的驱动控制电路(3)制作在同一块PCB板上。

5.一种如权利要求1所述的多光谱成像系统，其特征在于，所述的微型可编程光栅(2)与所述的驱动控制电路(3)是单片集成式的。

6.一种如权利要求1所述的多光谱成像系统，其特征在于，所述的前处理光学子系统(1)依次包括第一透镜(7)、第一狭缝(8)和第二透镜(9)。

7.一种如权利要求1所述的多光谱成像系统，其特征在于，所述的前处理光学子系统(1)依次包括第四透镜(24)和第三狭缝(25)。

8.一种如权利要求1所述的多光谱成像系统，其特征在于，所述的后处理光学子系统(4)由第三透镜(10)组成。

9.一种如权利要求1所述的多光谱成像系统，其特征在于，所述的成像子系统(5)由第二狭缝(11)和面阵CCD(12)组成。

10.一种如权利要求1所述的多光谱成像系统，其特征在于，所述的成像子系统(5)由第四狭缝(27)和焦平面阵列(28)组成。

说明书

一.所属技术领域

本发明属于光谱成像领域，主要涉及微机电系统(MEMS)技术、成像技术、光谱技术等。

二.现有技术

成像光谱技术是近几十年来发展起来的一项新技术，是成像技术与光谱技术的综合，能够在获得目标二维空间景象信息的同时得到一维的表征其物理属性的光谱信息，该技术在遥感遥测、工业监控、军事侦察、武器制导等领域具有广泛的应用。上世纪70年代初，美国研制了世界上第一台多光谱成像装置——多光谱扫描仪(Multi-Spectral Scanner，MSS)，并将其用于第一代的陆地卫星(Landsat-1)上。随后，世界各主要发达国家在多光谱成像领域开展了大量研究，光谱波段数从三个至十几个不等。

从目前的研究情况来看，对于一个特定的多光谱成像系统，其实现方式通常有两种：一种是采用多套子系统的方法，每一套子系统均配备有单独的滤光片和成像元件，不同滤光片对应不同的光谱段，各套子系统能够同时对同一目标成像，然而，采用这种方法使整个系统的体积变得相当庞大，重量也大幅度增加，因此该方法适用于成像的光谱波段数较少的情形；另一种方法只需要一个成像元件，由精密马达控制滤光轮的旋转，实现多光谱成像，与前者相比，该方法减小了系统的体积和重量，能够满足航空航天等特殊领域的要求，但是这种方法在任一时刻只能对目标成特定谱段的像，同时精密马达需要额外的机电控制部分。

尽管不同的滤光片能够满足不同的应用要求，然而，频繁更换滤光片不仅容易导致器件的磨损，还增加了额外的成本。即使采用了滤光轮或可调谐的滤光片，其工作谱段也是非常有限的。

三.发明内容

本发明的目的是：提出一种全新的多光谱成像系统，以解决现有系统在使用过程中需要频繁更换滤光片、器件易磨损、制作与使用成本高、体积与重量大、工作谱段有限等不足。

参考图1，本发明提出的多光谱成像系统依次包括前处理光学子系统1、微型可编程光栅2及其驱动控制电路3、后处理光学子系统4和成像子系统5。前处理光学子系统1采集目标光线并进行汇聚、反射等处理，以提高信号强度，减小信号失真；微型可编程光栅2作为分光元件，对经前处理光学子系统1处理后的光束分光，产生衍射光谱；驱动控制电路3控制微型可编程光栅2，对其光栅周期、闪耀角等参数进行调节，使衍射光谱发生偏移；后处理光学子系统4对衍射光谱进行汇聚、过滤等处理，消除不同级次衍射光谱之间的干扰，保证衍射主极大的信号完整性；成像子系统5实现对经后处理光学子系统4处理后的光谱的过滤，并对特定光谱段进行成像。

所述的微型可编程光栅2，可以是闪耀角可调式微型可编程光栅或周期可调式微型可编程光栅，它采用微机电系统(MEMS)技术加工而成，与驱动控制电路3可以制作在同一块PCB板上，或者直接做成单片集成式的。

本发明以微型可编程光栅作为分光元件，通过调整驱动电压实现对光栅周期、闪耀角等参数的可编程控制，进而引起衍射光谱发生偏移。将它用于多光谱成像系统，其理论上的工作波段数是无穷多个，有效解决了现有技术中需要频繁更换滤光片的麻烦，同时驱动控制电路与分光元件的可单片集成性将极大缩减系统的体积与重量，系统的成本也将大幅度降低，在航空航天等领域具有非常广泛的应用前景。

四.附图说明

图1本发明提出的多光谱成像系统的基本组成

图2实施例1和实施例2提出的多光谱成像系统

图3闪耀角可调式微型可编程光栅的单元结构示意图

图4闪耀角可调式微型可编程光栅的工作原理图

图5闪耀角可调式微型可编程光栅的光学性能

图6周期可调式微型可编程光栅的结构示意图

图7周期可调式微型可编程光栅的工作原理图

图8周期可调式微型可编程光栅的光学性能

图9实施例3提出的多光谱成像系统

1、前处理光学子系统；2、微型可编程光栅；3、驱动控制电路；4、后处理光学子系统；5、成像子系统；6、目标光源；7、第一透镜；8、第一狭缝；9、第二透镜；10、第三透镜；11、第二狭缝；12、面阵CCD；13、支撑梁14的端面；14、支撑梁；15、下电极；16、上极板；17、固定梳齿锚点；18、固定梳齿；19、可动梳齿；20、光栅结构锚点；21、光栅微梁；22、结构支撑梁；23、光栅连接梁；24、第四透镜；25、第三狭缝；26、第五透镜；27、第四狭缝；28、焦平面阵列。

五.具体实施方式

实施例1：

参照图2，本实施例提出的多光谱成像系统包括前处理光学子系统1、微型可编程光栅2及其驱动控制电路3、后处理光学子系统4和成像子系统5。前处理光学子系统1依次包括第一透镜7、第一狭缝8和第二透镜9，用于实现对目标光源6发出的光线进行采集和处理，得到平行光束，入射到微型可编程光栅2上；微型可编程光栅2采用闪耀角可调式的，它作为分光元件，对经前处理光学子系统1处理后的光束分光，产生衍射光谱；驱动控制电路3控制微型可编程光栅2，对其闪耀角进行调节，使衍射光谱发生偏移；后处理光学子系统4由第三透镜10组成，实现对主极大衍射光谱的汇聚；成像子系统5由第二狭缝11和面阵CCD12组成，实现对经后处理光学子系统4处理后的光谱的过滤，并对特定光谱段进行成像。

参照图3，本实施例中闪耀角可调式微型可编程光栅2采用静电驱动工作方式，其单元结构由支撑梁14、下电极15和上极板16组成，支撑梁14的端面13固定在基座上；支撑梁14、下电极15和上极板16均由导电材料(如掺杂多晶硅)制成，下电极15与上极板16构成一平板电容器。闪耀角可调式微型可编程光栅2由数百至数千根这种单元结构构成。

参照图4，工作时在下电极15与上极板16之间施加一定大小的电压，产生的静电吸引力使上极板16绕支撑梁14发生扭转，产生与水平面的夹角θ，此夹角θ即为该闪耀角可调式微型可编程光栅2的闪耀角。

参照图5，当一束光I以入射角θ_i入射到上极板16上，得到的衍射主极大M的衍射角为θ_m。改变下电极15与上极板16之间的驱动电压，使闪耀角变为θ’，此时同样的一束光I以入射角θ_i入射到上极板16上时，得到的衍射主极大M的衍射角变为θ’_m，从而实现衍射主极大光谱的偏移。θ_i与θ_m以及θ’_m满足光栅方程。

实施例2：

参照图2，本实施例提出的多光谱成像系统包括前处理光学子系统1、微型可编程光栅2及其驱动控制电路3、后处理光学子系统4和成像子系统5。前处理光学子系统1依次包括第一透镜7、第一狭缝8和第二透镜9，用于实现对目标光源6发出的光线进行采集和处理，得到平行光束，入射到微型可编程光栅2上；微型可编程光栅2采用周期可调式的，它作为分光元件，对经前处理光学子系统1处理后的光束分光，产生衍射光谱；驱动控制电路3控制微型可编程光栅2，对微型可编程光栅2的周期进行调节，使衍射光谱发生偏移；后处理光学子系统4由第三透镜10组成，实现对主极大衍射光谱的汇聚；成像子系统5由第二狭缝11和面阵CCD12组成，实现对经后处理光学子系统4处理后的光谱的过滤，并对特定光谱段进行成像。

参照图6，本实施例中周期可调式微型可编程光栅2由静电梳齿驱动，其结构依次包括固定梳齿锚点17、固定梳齿18、可动梳齿19、光栅结构锚点20、光栅微梁21、结构支撑梁22与光栅连接梁23；固定梳齿18、可动梳齿19、光栅微梁21、结构支撑梁22与光栅连接梁23均处于悬置状态，并且都能导电。

参照图7，工作时在固定梳齿18与可动梳齿19之间施加一定大小的电压，产生的静电力使光栅结构在沿着梳齿方向上发生拉伸(电压升高)或压缩(电压降低)，进而改变光栅微梁21之间的间距b，引起光栅周期d产生相应的变化。

参照图8，当一束光I以入射角θ_i入射到光栅微梁21上，得到的衍射主极大M的衍射角为θ_m。增加固定梳齿18与可动梳齿19之间的电压，使光栅周期增加Δd，此时同样的一束光I以入射角θ_i入射到光栅微梁21上时，得到的衍射主极大M的衍射角变为θ’_m，从而实现衍射主极大光谱的偏移。θ_i与θ_m以及θ’_m满足光栅方程。

实施例3：

参照图9，本实施例提出的多光谱成像系统包括前处理光学子系统1、微型可编程光栅2及其驱动控制电路3、后处理光学子系统4和成像子系统5。前处理光学子系统1依次包括第四透镜24和第三狭缝25，用于实现对目标光源6发出的光线进行采集和处理，得到汇聚光束，焦点处放置微型可编程光栅2；微型可编程光栅2采用闪耀角可调式的，它作为分光元件，对经前处理光学子系统1处理后的光束分光，产生衍射光谱；驱动控制电路3控制微型可编程光栅2，对其闪耀角进行调节，使衍射光谱发生偏移；后处理光学子系统4由第五透镜26组成，实现对主极大衍射光谱的汇聚；成像子系统5由第四狭缝27和焦平面阵列28组成，实现对经后处理光学子系统4处理后的光谱的过滤，并对特定光谱段进行成像。

所述的闪耀角可调式微型可编程光栅2的单元结构和工作原理与实施例1中的闪耀角可调式微型可编程光栅一致。

多光谱成像系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。