專利名稱：超大視場(chǎng)靜態(tài)偏振傅立葉變換成像光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超大視場(chǎng)靜態(tài)偏振傅立葉變換成 像光譜儀。
背景技術(shù)：
光是信息的載體，成像儀通過(guò)獲取目標(biāo)的形影圖像得到目標(biāo)的空間信息，而光 譜儀則獲取目標(biāo)的光譜信息，從而得到物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成。1980s，美國(guó)空氣動(dòng)力實(shí) 驗(yàn)室(JPL)提出成像光譜儀概念，具有同時(shí)獲得目標(biāo)像和光譜圖的雙重功能，被普遍認(rèn) 為是現(xiàn)代光學(xué)儀器技術(shù)發(fā)展史上的一次革命性飛躍；之后20余年來(lái)，先后發(fā)展起了色散 型、傅立葉變換型(干涉型)、濾光片型、計(jì)算層析型等多種原理的成像光譜儀，并以色 散型和傅立葉變換型最普遍。衡量光譜儀性能的一個(gè)重要參數(shù)是光通量，它由視場(chǎng)角及通光孔徑?jīng)Q定。傅 立葉變換型光譜儀光譜分辨率與儀器通光孔徑大小無(wú)光，所以在相同光譜分辨率的情況 下，其通光孔徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于色散型光譜儀，且具有波長(zhǎng)精度高、光譜探測(cè)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)， 特別是空間調(diào)制型干涉成像光譜儀克服了動(dòng)鏡掃描的限制，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，穩(wěn)定性 高，能對(duì)目標(biāo)光譜信息進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)，但遺憾的是，受到分束器限制(入射角較大時(shí)， 干涉條紋會(huì)產(chǎn)生彎曲畸變)，這類成像光譜儀的視場(chǎng)角卻一般只有幾度，嚴(yán)重阻礙了其大 光通量?jī)?yōu)勢(shì)的進(jìn)一步發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有空間調(diào)制型干涉成像光譜儀視場(chǎng)角小導(dǎo)致光通量低的問(wèn)題，本發(fā)明的 目的在于提出一種基于視場(chǎng)補(bǔ)償型偏振分束器的超大視場(chǎng)靜態(tài)偏振傅立葉變換成像光譜 儀，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，可在超大視場(chǎng)范圍內(nèi)同時(shí)獲取目標(biāo)的二維空間圖 像信息和一維干涉光譜信息的優(yōu)點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。超大視場(chǎng)靜態(tài)偏振傅立葉變換成像光譜儀，包括同軸依次順序設(shè)置的前置望遠(yuǎn) 系統(tǒng)1、起偏器2、視場(chǎng)補(bǔ)償型偏振分束器3、檢偏器4、成像鏡組5、探測(cè)器6，探測(cè)器 6連接有信號(hào)獲取與處理系統(tǒng)7。所述的前置光學(xué)望遠(yuǎn)系統(tǒng)1包括同軸依次順序設(shè)置的前置光學(xué)系統(tǒng)物鏡組11、 光闌12和前置光學(xué)系統(tǒng)像方鏡組13。前置光學(xué)系統(tǒng)物鏡組11為反射鏡組、折反鏡組或折射鏡組。所述的視場(chǎng)補(bǔ)償型偏振分束器3包括兩組分別具有正、負(fù)干涉條紋畸變的第一 薩瓦偏光鏡31、第二薩瓦偏光鏡32，其中第一薩瓦偏光鏡31由第一薩瓦板311、第二薩 瓦板312組成，第二薩瓦偏光鏡32由第三薩瓦板321、第四薩瓦板322組成，用于使得正 條紋畸變與負(fù)條紋畸變相互抵消，從而增大視場(chǎng)角。所述的起偏器2、檢偏器4為偏振片、晶體或線柵。
所述的成像鏡組5由消像差透鏡組構(gòu)成，其焦平面位于后續(xù)探測(cè)器6的接收面 上，用于將前述畸變校正的光束聚焦成像到探測(cè)器6上。所述的探測(cè)器6為CCD陣列、CMOS陣列、光電二極管陣列、光電倍增管、紅 外焦平面陣列或紫外光探測(cè)器陣列。所述的信號(hào)獲取與處理系統(tǒng)7包括可將探測(cè)器5接收到的信息進(jìn)行傅立葉變換處 理的微機(jī)，用于將目標(biāo)空間信息光強(qiáng)度信息和光譜信息進(jìn)行解調(diào)，并顯示為圖片。本發(fā)明的基本原理是引入兩組分別具有正、負(fù)干涉條紋畸變的薩瓦偏光鏡組 成偏振分束器，使得正條紋畸變與負(fù)條紋畸變相互抵消，從而達(dá)到增大視場(chǎng)角的目的； 本發(fā)明具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、視場(chǎng)大、光通量大、探測(cè)靈 敏度高、信噪比高、波長(zhǎng)精度高、光譜探測(cè)范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的視場(chǎng)補(bǔ)償型偏振分束器3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的成像鏡組5的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖3(a)是由一個(gè)柱面透鏡51 及其后的一透鏡組52構(gòu)成的成像鏡組5 ；圖3(b)是由一透鏡組52構(gòu)成的成像鏡組5。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細(xì)說(shuō)明。參照?qǐng)D1，一種超大視場(chǎng)靜態(tài)偏振傅立葉變換成像光譜儀，包括同軸依次順序設(shè) 置的前置望遠(yuǎn)系統(tǒng)1、起偏器2、視場(chǎng)補(bǔ)償型偏振分束器3、檢偏器4、成像鏡組5、探測(cè) 器6，探測(cè)器6連接有信號(hào)獲取與處理系統(tǒng)7。所述的前置光學(xué)望遠(yuǎn)系統(tǒng)1位于整個(gè)裝置的最前端，包括同軸依次順序設(shè)置的 前置光學(xué)系統(tǒng)物鏡組11、光闌12和前置光學(xué)系統(tǒng)像方鏡組13，用于采集并準(zhǔn)直目標(biāo)光， 并消除雜散光。前置光學(xué)系統(tǒng)物鏡組11為反射鏡組、折反鏡組或折射鏡組。位于前置光學(xué)望遠(yuǎn)系統(tǒng)1的后面，沿光軸順序設(shè)置的位于前端的起偏器2、中間 的視場(chǎng)補(bǔ)償型偏振分束器組3、后端的檢偏器4，共同構(gòu)成靜態(tài)干涉分光模塊，用于將前 述傳輸光分為兩束相干光，實(shí)現(xiàn)光譜分光功能，達(dá)到高光譜分辨能力。同時(shí)雙薩瓦板結(jié) 構(gòu)增加了光程，有利于提高光譜分辨能力。參照?qǐng)D1，所述的視場(chǎng)補(bǔ)償型偏振分束器3包括兩組分別具有正、負(fù)干涉條紋 畸變的第一薩瓦偏光鏡31、第二薩瓦偏光鏡32，其中第一薩瓦偏光鏡31由第一薩瓦板 311、第二薩瓦板312組成，第二薩瓦偏光鏡32由第三薩瓦板321、第四薩瓦板322組 成，用于使得正條紋畸變與負(fù)條紋畸變相互抵消，從而增大視場(chǎng)角。參照?qǐng)D3，所述的成像鏡組5選用以下任一方案制成空間調(diào)制情況下，為一個(gè)柱面透鏡51及其后的一透鏡組52，柱面透鏡51的焦面 位于后續(xù)的透鏡組52上，透鏡組52的焦平面位于后續(xù)探測(cè)器6的接收面上；時(shí)空混合調(diào)制情況下，為一透鏡組52，透鏡組52的焦平面位于后續(xù)探測(cè)器6的 接收面上。成像鏡組5用于將干涉儀出射的光聚焦到探測(cè)器6上。
所述的探測(cè)器6為光電轉(zhuǎn)換器，為CCD陣列、CMOS陣列、光電二極管陣列、 光電倍增管陣列、紅外焦平面陣列或紫外光探測(cè)器陣列。探測(cè)器6用于接收成像鏡組5的出射光，獲取目標(biāo)光的圖像、光譜和全部偏振信 息；探測(cè)器6輸出的電信號(hào)送入后續(xù)信號(hào)獲取與處理系統(tǒng)7。所述的信號(hào)獲取與處理系統(tǒng)7包括可將探測(cè)器6接收到的信息進(jìn)行傅立葉變換處 理的微機(jī)，用于解調(diào)出目標(biāo)的二維空間強(qiáng)度、一維光譜，并顯示為偽彩色圖片。本發(fā)明的工作原理如下由目標(biāo)源發(fā)出的輻射光經(jīng)前置望遠(yuǎn)系統(tǒng)1收集、準(zhǔn) 直、消除雜散光之后，通過(guò)起偏器2成為線偏振光，線偏振光經(jīng)過(guò)視場(chǎng)補(bǔ)償型偏振分束 器3后，成為兩束相干且互相平行的部分光；兩束部分光通過(guò)檢偏器4后，振動(dòng)方向變?yōu)?相同，最后經(jīng)成像鏡組5將兩束光匯聚到探測(cè)器6上成像并發(fā)生干涉，形成包含了光譜信 息的干涉條紋調(diào)制的圖像；接收到的信號(hào)再經(jīng)信號(hào)獲取與處理系統(tǒng)7后即可在大視場(chǎng)角 內(nèi)獲得目標(biāo)的圖像、高光譜和全偏振信息。其中超大視場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的基本原理是引入兩塊分別具有正、負(fù)干涉條紋畸變的薩 瓦偏光鏡組成偏振分束器，使得正條紋畸變與負(fù)條紋畸變相互抵消，從而達(dá)到增大視場(chǎng) 角的目的。附圖中1-前置望遠(yuǎn)系統(tǒng)；2-起偏器；3-視場(chǎng)補(bǔ)償型偏振分束器；4-檢偏 器；5-成像鏡組；6-探測(cè)器；7-信號(hào)獲取與處理系統(tǒng)；31-第一薩瓦偏光鏡；32-第 二薩瓦偏光鏡；311-第一薩瓦板；312-第二薩瓦板；321-第三薩瓦板；322-第四薩瓦 板；51-柱面透鏡；52-透鏡組。
權(quán)利要求
1.超大視場(chǎng)靜態(tài)偏振傅立葉變換成像光譜儀，其特征在于包括同軸依次順序設(shè)置 的前置望遠(yuǎn)系統(tǒng)(1)、起偏器(2)、視場(chǎng)補(bǔ)償型偏振分束器(3)、檢偏器(4)、成像鏡組 (5)、探測(cè)器(6)，探測(cè)器(6)連接有信號(hào)獲取與處理系統(tǒng)(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的傅立葉變換成像光譜儀，其特征在于所述的前置光學(xué)望 遠(yuǎn)系統(tǒng)(1)包括同軸依次順序設(shè)置的前置光學(xué)系統(tǒng)物鏡組(11)、光闌(12)和前置光學(xué)系 統(tǒng)像方鏡組(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的傅立葉變換成像光譜儀，其特征在于所述的前置光學(xué)系 統(tǒng)物鏡組(U)為反射鏡組、折反鏡組或折射鏡組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的傅立葉變換成像光譜儀，其特征在于所述的視場(chǎng)補(bǔ)償型 偏振分束器(3)包括兩組分別具有正、負(fù)干涉條紋畸變的第一薩瓦偏光鏡(31)、第二薩 瓦偏光鏡(32)，其中第一薩瓦偏光鏡(31)由第一薩瓦板(311)、第二薩瓦板(312)組 成，第二薩瓦偏光鏡(32)由第三薩瓦板(321)、第四薩瓦板(322)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的傅立葉變換成像光譜儀，其特征在于所述的起偏器(2)、 檢偏器(4)為偏振片、晶體或線柵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的傅立葉變換成像光譜儀，其特征在于所述的成像鏡組5由 消像差透鏡組構(gòu)成，其焦平面位于后續(xù)探測(cè)器6的接收面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的傅立葉變換成像光譜儀，其特征在于所述的探測(cè)器(6)為 CCD陣列、CMOS陣列、光電二極管陣列、光電倍增管、紅外焦平面陣列或紫外光探測(cè) 器陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的傅立葉變換成像光譜儀，其特征在于所述的信號(hào)獲取與 處理系統(tǒng)(7)包括可將探測(cè)器5接收到的信息進(jìn)行傅立葉變換處理的微機(jī)，用于將目標(biāo)空 間信息光強(qiáng)度信息和光譜信息進(jìn)行解調(diào)，并顯示為圖片。
全文摘要
超大視場(chǎng)靜態(tài)偏振傅立葉變換成像光譜儀，包括同軸依次順序設(shè)置的前置望遠(yuǎn)系統(tǒng)、起偏器、視場(chǎng)補(bǔ)償型偏振分束器、檢偏器、成像鏡組、探測(cè)器，探測(cè)器連接有信號(hào)獲取與處理系統(tǒng)；本發(fā)明引入兩組分別具有正、負(fù)干涉條紋畸變的薩瓦偏光鏡組成偏振分束器，使得正條紋畸變與負(fù)條紋畸變相互抵消，從而達(dá)到增大視場(chǎng)角的目的；本發(fā)明具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、視場(chǎng)大、光通量大、探測(cè)靈敏度高、信噪比高、波長(zhǎng)精度高、光譜探測(cè)范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J3/45GK102012267SQ20101029138
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者朱京平, 李 杰 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)