一种K域光谱仪棱镜的设计方法
本发明涉及光谱信息处理技术领域，提供一种K域光谱仪棱镜的设计方法。具体为首先基于光栅与聚焦镜头之间插入普通棱镜的方法进行计算，得到该情况下的相机像素上的不同波长光线的位置偏差，然后，根据此误差修改棱镜的表面曲率，以消除不同波长光线的位置偏差。本发明能够实现在相机上采集到的光谱信息在k域上完全线性，能够提高OCT系统的成像分辨率，并且能够改善光谱仪的滚降性能，并且由于直接采集到了k域线性的光谱信息，在图像重建的过程中不需要再做k域插值步骤，降低了图像重建过程中的计算量，提高了成像速度。
发明专利
CN202311849211.8
2023-12-29
CN117492208A
2024-02-02
G02B27/00(2006.01)
山东大学
陈淑江;李衍硕;宋维业;万熠
250100 山东省济南市历城区山大南路27号
天津展誉专利代理有限公司
任海波
山东;37
1.一种K域光谱仪棱镜的设计方法，其特征在于，包括： S1：将单位波段的光束入射光谱仪，计算获得所述单位波段的波数范围； S2：对所述波数范围进行均匀采样，获得线性波数向量及线性波数向量对应的多个波长值的波长值集合； S3：基于所述波长值集合，通过光线追迹法，计算获得所述波长值集合中单条光线经过衍射光栅及棱镜后的出入射角度集合； S4：根据所述波长值集合中不同波长光线的出入射角度集合，计算获得单个波长值集合中不同波长光线的实际聚焦位置集合； S5：基于所述波长值集合的取值范围，获得理想聚焦范围，对所述理想聚焦范围进行均匀采样，获得单个波长值集合中不同波长光线的理想聚焦位置集合； S6：根据所述实际聚焦位置集合及所述理想聚焦位置集合计算获得位置偏差； S7：调整所述光谱仪中的棱镜的表面曲率直至消除所述位置偏差，以完成K域光谱仪的棱镜设计。 2.根据权利要求1所述的一种K域光谱仪棱镜的设计方法，其特征在于，所述光谱仪至少包括准直器、反射镜、衍射光栅及棱镜。 3.根据权利要求2所述的一种K域光谱仪棱镜的设计方法，其特征在于，步骤S3中的所述出入射角度集合包括衍射光栅的衍射角度、棱镜第一面的入射角度及出射角度、棱镜第二面的入射角度及出射角度。 4.根据权利要求3所述的一种K域光谱仪棱镜的设计方法，其特征在于，步骤S4进一步包括： 获取所述实际聚焦位置集合时，聚焦透镜垂直于单个波长值集合中不同波长光线经过棱镜第二面的出射角度最大值与出射角度最小值的角平分线放置。 5.根据权利要求1所述的一种K域光谱仪棱镜的设计方法，其特征在于，步骤S6中的位置偏差的表达式为： 其中，为单条光线的位置偏差，/>为单条光线的理想聚焦位置，为单条光线的实际聚焦位置。 6.根据权利要求1所述的一种K域光谱仪棱镜的设计方法，其特征在于，步骤S7进一步包括： S71：基于步骤S3中计算获得的位置偏差，计算获得单个波长值集合中不同波长光线的聚焦位置为理想线性情况下的棱镜第二面的理想出射角度； S72：改变棱镜第二面的入射角度，直至所述棱镜第二面满足所述理想出射角度，获得理想入射角度； S73：根据所述理想入射角度和所述理想出射角度获得棱镜的表面曲率。 7.根据权利要求6所述的一种K域光谱仪棱镜的设计方法，其特征在于，步骤S71中的所述理想出射角度的表达式为： 其中，为理想出射角度，/>为单位波段的光束经过棱镜第二面实际的出射角度，/>为单个波长值集合中不同波长光线经过棱镜第二面实际的出射角度的最小值，为单个波长值集合中不同波长光线经过棱镜第二面实际的出射角度的最大值，/>为第/>条光线的位置偏差，/>为聚焦透镜焦距。 8.根据权利要求7所述的一种K域光谱仪棱镜的设计方法，其特征在于，步骤S72中的所述理想入射角度的表达式为： 其中，为理想入射角度，/>为棱镜第二面经过步骤S72改变前的入射角度，/>为第/>条光线在棱镜中的折射率，/>为空气折射率。