CN101793559A - 一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置 - Google Patents

一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101793559A
CN101793559A CN 201010127388 CN201010127388A CN101793559A CN 101793559 A CN101793559 A CN 101793559A CN 201010127388 CN201010127388 CN 201010127388 CN 201010127388 A CN201010127388 A CN 201010127388A CN 101793559 A CN101793559 A CN 101793559A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
detector
static
group
imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201010127388
Other languages
English (en)
Other versions
CN101793559B (zh
Inventor
李�杰
朱京平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN2010101273883A priority Critical patent/CN101793559B/zh
Publication of CN101793559A publication Critical patent/CN101793559A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101793559B publication Critical patent/CN101793559B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置，包括同轴依次顺序设置的前置光学远望系统、静态全光调制模块、角剪切型静态干涉成像光谱仪、成像镜组和探测器，探测器连接有信号获取与处理系统；由目标源发出的辐射光通过前置光学望远系统进行收集、准直、消除杂散光后进入静态全光调制模块，经过角剪切型双折射晶体组，将一束调制线偏光角向剪切为偏振光，再经检偏器后，变为两束线偏光，这两束线偏光经成像镜组后汇聚于探测器，接收到的信号再经信号获取与处理系统后即可获得目标的图像、高光谱和全偏振信息。本发明具有结构简单紧凑、无运动部件、光通量大、可一次性获得目标二维空间像、一维高光谱信息和完整偏振信息的特点。

Description

一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置
技术领域
本发明涉及光学仪器技术领域，特别是一种同时能获得目标二维强度、傅立叶变换干涉光谱和全偏振特性的三位一体轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置。
背景技术
光源发射的光照射到地球表面和大气中的任何目标，在辐射、反射、透射和散射光波的过程中，都会引起光波强度、光谱辐射特性和偏振状态的变化，就此独立发展起了相机(成像仪)、光谱仪、偏振仪这三类光学特性探测仪器，它们分别可获得目标的二维空间信息、物质结构和化学成分、物体的属性。1980s，美国空气动力实验室(JPL)提出成像光谱仪概念，将成像仪与光谱仪融合，可以同时获取目标的二维空间信息和一维光谱信息，受到各国大力重视。20多年时间里，成像从多通道的色散型成像光谱仪，发展到高光谱的干涉型成像光谱仪，其中的具有共轴光路的角剪切型成像光谱仪具有结构紧凑、装调容易等优点，美国先进的DASI成像光谱仪就是采用的这种结构，取得了大量高光谱成像数据。但目前仍然存在光通量不够大、光谱分辨率不够高、视场角小、探测信息量不够等不足。
另一方面，人们将成像仪与偏振仪融合，形成了可以同时获取目标的二维空间信息和偏振信息的偏振成像仪，这类仪器最初采用旋转偏光元件型结构，具有运动部件，抗振能力差，不能对目标偏振信息进行实时探测；后来发展起的分振幅型、分孔径、分焦平面型等，结构复杂、光路调节困难，工艺要求高等，使应用受到限制；强度调制型也存在通量不够，信号处理速度慢等问题。
偏振特性是物质的另一种重要特性，如果在获取成像光谱信息的同时，获取目标的偏振特性，则会进一步提高目标的探测与识别能力。有学者将萨瓦板Savart型干涉成像光谱仪中的干涉分光元件换为格兰-泰勒棱镜等偏振分束器，获得起偏光的干涉光谱，可以对一个方向的线偏振光进行探测，一定程度上提高了目标的识别能力，但它不能对目标的全部偏振特性进行探测；还有研究人员提出了采用基于电控线性相位延迟器与声光可调滤波片机构的高光谱全偏振成像系统，其有源的电控机制带来了一系列问题；快速多光谱遥感偏振成像仪采用液晶滤光片或光栅作为分光机构，只能对少数波长进行偏振成像。
发明内容
针对目前高光谱成像仪与偏振成像仪不能满足更高水平目标光学遥感探测要求的问题，本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、无运动部件、光通量大、可一次性获得目标二维空间像、一维高光谱信息和完整偏振信息的轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下装置予以实现。
一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置，包括同轴依次顺序设置的前置光学远望系统1、静态全光调制模块2、角剪切型静态干涉成像光谱仪3、成像镜组4和探测器5，探测器5连接有信号获取与处理系统6。
所述的前置光学望远系统1包括同轴依次顺序设置的前置光学系统物镜组11、光阑12和前置光学系统像方镜组13。
前置光学系统物镜组11为反射镜组、折反镜组或折射镜组。
光阑12在空间调制情况下为一狭缝122，在时空混合调制情况下为一孔径光阑121。
所述的静态全光调制模块2包括一个双折射晶体组21及其后的偏振片或偏振棱镜22。
所述的角剪切型静态干涉成像光谱仪3包括沿光轴顺序设置的位于前端、与静态全光调制模块2共用的偏振片或偏振棱镜22，中间的角剪切型双折射晶体组32，后端的检偏器33，角剪切型双折射晶体组32由光轴互相垂直的两块或两块以上晶体构成。
所述的成像镜组4选用以下任一方案制成：
空间调制情况下，为一个柱面透镜41及其后的一透镜组42，柱面透镜41的焦面位于后续的透镜组42上，透镜组42的焦平面位于后续探测器5的面上；
时空混合调制情况下，为一透镜组42，透镜组42的焦平面位于后续探测器5的面上。
所述的探测器5为CCD阵列、CMOS阵列、光电二极管阵列、光电倍增管阵列、红外焦平面阵列或紫外光探测器阵列。
所述的信号获取与处理系统6包括可将探测器5接收到的信息进行傅立叶变换处理的微机，用于解调出目标的二维空间强度、一维光谱和四个Stokes矢量，并显示为伪彩色图片。
本发明采用双折射晶体构成的静态全光调制模块2将被前置光学系统压缩的光进行调制，使得入射光的四个Stokes矢量分别得到不同调制，从而在相位上分开，以实现了全偏振特性的提取；采用劈型双折射晶体作为分光、干涉核心部件，使得调制光的寻常光和非常光得到两次以上角剪切，且满足干涉条件，从而实现干涉光谱分光功能，达到高光谱分辨能力。
本发明与其他现有装置相比，其优势在于：
a)本发明实现了全偏振信息、高分辨成像、高光谱信息三位一体获取；
b)整个装置为静态结构：没有任何运动的部件，抗振能力强；
c)除探测器与信号获取与处理系统之外，整个装置为全光结构：偏振信息和光谱信息获取的过程中无任何电光、声光或者磁光调制机构，可实现偏振信息的完全实时探测。无源结构一方面避免了电调制带来的电噪声影响，另一方面避免了电控导致的非实时性，同时还降低了信号控制与解调处理的难度；
d)整个装置为轻小型仪器：光学元件全部同轴设置，结构简单紧凑、调试方便；
e)整个装置光通量大、灵敏度高、分辨率高、光谱范围宽、后期信号处理简单，设计、加工、成本低，有利于推广和应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的光阑12的结构示意图，其中：图2(a)为在空间调制情况下为一狭缝122的结构示意图，图2(b)为在时空混合调制情况下为一孔径光阑121的结构示意图。
图3为本发明的成像镜组4的结构示意图，其中：图3(a)为在时空混合调制情况下为一透镜组42的结构示意图，图2(b)为在空间调制情况下为一个柱面透镜41与其后的一透镜组42组合的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细说明。
参照图1，一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置，包括同轴依次顺序设置的前置光学远望系统1、静态全光调制模块2、角剪切型静态干涉成像光谱仪3、成像镜组4和探测器5，探测器5连接有信号获取与处理系统6。
所述的前置光学望远系统1位于整个装置的最前端，包括同轴依次顺序设置的前置光学系统物镜组11、光阑12和前置光学系统像方镜组13，用于采集并准直目标光，并消除杂散光。前置光学系统物镜组11为反射镜组、折反镜组或折射镜组。参照图2，光阑12在空间调制情况下为一狭缝122，在时空混合调制情况下为一孔径光阑121。
所述的静态全光调制模块2位于前置光学望远系统1的后面，包括一个双折射晶体组21及其后的偏振片或偏振棱镜22，用于将准直的目标光的四个Stokes矢量光谱调制到不同频率的载波上。
所述的角剪切型静态干涉成像光谱仪3包括沿光轴顺序设置的位于前端、与静态全光调制模块2共用的偏振片或偏振棱镜22，中间的角剪切型双折射晶体组32，后端的检偏器33，角剪切型双折射晶体组32由光轴互相垂直的两块或两块以上晶体构成。角剪切型静态干涉成像光谱仪3位于静态全光调制模块2的后面，用于将前述不同波长的传输光分为两束相干光，实现光谱分光功能，达到高光谱分辨能力。
参照图3，所述的成像镜组4选用以下任一方案制成：
空间调制情况下，为一个柱面透镜41及其后的一透镜组42，柱面透镜41的焦面位于后续的透镜组42上，透镜组42的焦平面位于后续探测器5的面上；
时空混合调制情况下，为一透镜组42，透镜组42的焦平面位于后续探测器5的面上。
成像镜组4用于将干涉仪出射的光聚焦到探测器上。
所述的探测器5为光电转换器，为CCD阵列、CMOS阵列、光电二极管阵列、光电倍增管阵列、红外焦平面阵列或紫外光探测器阵列。
探测器5用于接收成像镜组4的出射光，获取目标光的图像、光谱和全部偏振信息；探测器5输出的电信号送入后续信号获取与处理系统6。
所述的信号获取与处理系统6包括可将探测器5接收到的信息进行傅立叶变换处理的微机，用于解调出目标的二维空间强度、一维光谱和四个Stokes矢量，并显示为伪彩色图片。
本发明的工作原理如下：由目标源发出的辐射光通过前置光学望远系统1进行收集、准直、消除杂散光后进入静态全光调制模块2，调制后的传输光经过角剪切型双折射晶体组32，将一束调制线偏光角向剪切为两束振动方向互相垂直且有一定角向剪切量的部分偏振光，再经检偏器33后，变为两束同向振动的线偏光，这两束线偏光经成像镜组4后汇聚于探测器5上成像并发生干涉，在探测器5上得到干涉条纹调制的目标像，其中的干涉条纹中包含了光谱信息、四个Stokes矢量信息，接收到的信号再经信号获取与处理系统6后即可获得目标的图像、高光谱和全偏振信息。
图中：1-前置光学远望系统；11-前置光学系统物镜组；12-光阑；121-孔径光阑；122-狭缝；13-前置光学系统像方镜组；2-静态全光调制模块；21-双折射晶体组，22-偏振片或偏振棱镜；3-角剪切型静态干涉成像光谱仪；32-角剪切型双折射晶体组；33-检偏器；4-成像镜组；41-柱面透镜；42-透镜组；5-探测器；6-信号获取与处理系统。

Claims (9)

1.一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置，其特征在于：包括同轴依次顺序设置的前置光学远望系统(1)、静态全光调制模块(2)、角剪切型静态干涉成像光谱仪(3)、成像镜组(4)和探测器(5)，探测器(5)连接有信号获取与处理系统(6)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的前置光学望远系统(1)包括同轴依次顺序设置的前置光学系统物镜组(11)、光阑(12)和前置光学系统像方镜组(13)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：前置光学系统物镜组(11)为反射镜组、折反镜组或折射镜组。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：光阑(12)在空间调制情况下为一狭缝(122)，在时空混合调制情况下为一孔径光阑(121)。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的静态全光调制模块(2)包括一个双折射晶体组(21)及其后的偏振片或偏振棱镜(22)。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的角剪切型静态干涉成像光谱仪(3)包括沿光轴顺序设置的位于前端、与静态全光调制模块(2)共用的偏振片或偏振棱镜(22)，中间的角剪切型双折射晶体组(32)，后端的检偏器(33)，角剪切型双折射晶体组(32)由光轴互相垂直的两块或两块以上晶体构成。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的成像镜组(4)选用以下任一方案制成：
空间调制情况下，为一个柱面透镜(41)及其后的一透镜组(42)，柱面透镜(41)的焦面位于后续的透镜组(42)上，透镜组(42)的焦平面位于后续探测器(5)的面上；
时空混合调制情况下，为一透镜组(42)，透镜组(42)的焦平面位于后续探测器(5)的面上。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的探测器(5)为CCD阵列、CMOS阵列、光电二极管阵列、光电倍增管阵列、红外焦平面阵列或紫外光探测器阵列。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的信号获取与处理系统(6)包括可将探测器5接收到的信息进行傅立叶变换处理的微机，用于解调出目标的二维空间强度、一维光谱和四个Stokes矢量，并显示为伪彩色图片。
CN2010101273883A 2010-03-18 2010-03-18 一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置 Active CN101793559B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101273883A CN101793559B (zh) 2010-03-18 2010-03-18 一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101273883A CN101793559B (zh) 2010-03-18 2010-03-18 一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101793559A true CN101793559A (zh) 2010-08-04
CN101793559B CN101793559B (zh) 2012-04-18

Family

ID=42586376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010101273883A Active CN101793559B (zh) 2010-03-18 2010-03-18 一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101793559B (zh)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101782433A (zh) * 2010-03-18 2010-07-21 西安交通大学 静态全光干涉成像光谱全偏振探测方法
CN101963528A (zh) * 2010-09-21 2011-02-02 西安交通大学 超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱实现方法
CN102012267A (zh) * 2010-09-21 2011-04-13 西安交通大学 超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪
CN102103262A (zh) * 2011-02-18 2011-06-22 福鼎市一雄光学仪器有限公司 视频显示目镜
CN103267573A (zh) * 2013-05-14 2013-08-28 中国科学院西安光学精密机械研究所 可调波片式偏振干涉成像光谱仪
CN104535188A (zh) * 2014-12-31 2015-04-22 中国人民解放军63655部队 一种空间频率调制的静态全偏振成像探测系统及方法
CN104535189A (zh) * 2014-12-31 2015-04-22 中国人民解放军63655部队 共轴静态空间频率调制全偏振成像探测装置
CN105866046A (zh) * 2016-05-26 2016-08-17 上海新产业光电技术有限公司 一种基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪
CN110097646A (zh) * 2019-06-05 2019-08-06 深圳市昊擎科技有限公司 一种虚拟现实鉴别器、虚拟现实鉴别方法及其应用
CN110873957A (zh) * 2014-12-22 2020-03-10 加州理工学院 用于厚样本的epi照明傅立叶重叠关联成像
CN112098047A (zh) * 2019-05-31 2020-12-18 致茂电子(苏州)有限公司 光电组件特性测量装置
CN112129704A (zh) * 2020-11-25 2020-12-25 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种基于液晶微阵列器件的分焦平面型偏振成像装置
CN113390467A (zh) * 2021-07-14 2021-09-14 安徽至博光电科技股份有限公司 测振测温装置及其信号处理方法
CN113465722A (zh) * 2021-07-14 2021-10-01 安徽至博光电科技股份有限公司 一种低成本测振系统及振动测量方法
CN113574433A (zh) * 2019-03-28 2021-10-29 脸谱科技有限责任公司 使用空间变化偏振元件使偏振设备调准
WO2022222290A1 (zh) * 2021-04-21 2022-10-27 奥比中光科技集团股份有限公司 一种消除屏下杂散光的方法、装置、屏下系统和存储介质

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101046409A (zh) * 2007-03-16 2007-10-03 西安交通大学 静态双折射偏振干涉成像光谱仪

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101046409A (zh) * 2007-03-16 2007-10-03 西安交通大学 静态双折射偏振干涉成像光谱仪

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Proc. of SPIE》 20081231 Riley W. Aumiller等 Snapshot imaging spectropolarimetry in the visible and infrared 第3页第3段、附图4-5 1-9 第6972卷, *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101782433A (zh) * 2010-03-18 2010-07-21 西安交通大学 静态全光干涉成像光谱全偏振探测方法
CN101963528A (zh) * 2010-09-21 2011-02-02 西安交通大学 超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱实现方法
CN102012267A (zh) * 2010-09-21 2011-04-13 西安交通大学 超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪
CN102103262A (zh) * 2011-02-18 2011-06-22 福鼎市一雄光学仪器有限公司 视频显示目镜
CN103267573A (zh) * 2013-05-14 2013-08-28 中国科学院西安光学精密机械研究所 可调波片式偏振干涉成像光谱仪
CN110873957A (zh) * 2014-12-22 2020-03-10 加州理工学院 用于厚样本的epi照明傅立叶重叠关联成像
CN104535188A (zh) * 2014-12-31 2015-04-22 中国人民解放军63655部队 一种空间频率调制的静态全偏振成像探测系统及方法
CN104535189A (zh) * 2014-12-31 2015-04-22 中国人民解放军63655部队 共轴静态空间频率调制全偏振成像探测装置
CN105866046A (zh) * 2016-05-26 2016-08-17 上海新产业光电技术有限公司 一种基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪
CN113574433A (zh) * 2019-03-28 2021-10-29 脸谱科技有限责任公司 使用空间变化偏振元件使偏振设备调准
CN112098047A (zh) * 2019-05-31 2020-12-18 致茂电子(苏州)有限公司 光电组件特性测量装置
CN112098047B (zh) * 2019-05-31 2022-11-29 致茂电子(苏州)有限公司 光电组件特性测量装置
CN110097646A (zh) * 2019-06-05 2019-08-06 深圳市昊擎科技有限公司 一种虚拟现实鉴别器、虚拟现实鉴别方法及其应用
CN112129704A (zh) * 2020-11-25 2020-12-25 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种基于液晶微阵列器件的分焦平面型偏振成像装置
WO2022222290A1 (zh) * 2021-04-21 2022-10-27 奥比中光科技集团股份有限公司 一种消除屏下杂散光的方法、装置、屏下系统和存储介质
CN113465722A (zh) * 2021-07-14 2021-10-01 安徽至博光电科技股份有限公司 一种低成本测振系统及振动测量方法
CN113390467A (zh) * 2021-07-14 2021-09-14 安徽至博光电科技股份有限公司 测振测温装置及其信号处理方法
CN113390467B (zh) * 2021-07-14 2022-05-03 安徽至博光电科技股份有限公司 测振测温装置及其信号处理方法
CN113465722B (zh) * 2021-07-14 2022-06-07 安徽至博光电科技股份有限公司 一种低成本测振系统及振动测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101793559B (zh) 2012-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101793559B (zh) 一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置
CN101806625B (zh) 静态傅立叶变换干涉成像光谱全偏振探测装置
CN101793558B (zh) 无源静态共轴干涉成像光谱全偏振探测装置
US11709240B2 (en) Descan compensation in scanning LIDAR
US20240019553A1 (en) Techniques for providing combined signal to multi-mode waveguide photodetector
US9239263B2 (en) Image mapped spectropolarimetry
CN101799327A (zh) 无源静态三角共路干涉成像光谱全偏振探测装置
US11409092B2 (en) Parallel multi-region imaging device
US6313908B1 (en) Apparatus and method using a holographic optical element for converting a spectral distribution to image points
CN104792417A (zh) 一种完全偏振高光谱紧凑轻便型成像装置
CN109856058B (zh) 一种高分辨率实时偏振光谱分析装置及方法
US20200300980A1 (en) Lidar system with a mode field expander
CN104535188A (zh) 一种空间频率调制的静态全偏振成像探测系统及方法
CN104792416A (zh) 一种推扫式完全偏振高光谱一体化成像装置
CN102012267A (zh) 超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪
CN104535189A (zh) 共轴静态空间频率调制全偏振成像探测装置
CN104792415A (zh) 一种完全偏振高光谱成像装置
CN104913848A (zh) 全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像干涉仪
CN109186763B (zh) 一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置
CN105547480A (zh) 高通量双折射干涉成像光谱装置
CN104535190A (zh) 角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置
CN104931141A (zh) 一种全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像方法
US10727952B1 (en) Heterodyne starring array active imager with spread spectrum illuminator
CN109900359B (zh) 一种超短脉冲的高动态范围信噪比测量装置
CN107101722A (zh) 一种基于马赫泽德干涉仪的宽波段线偏振成像方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant