CN102012267A - 超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪 - Google Patents

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Abstract

超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪，包括同轴依次顺序设置的前置望远系统、起偏器、视场补偿型偏振分束器、检偏器、成像镜组、探测器，探测器连接有信号获取与处理系统；本发明引入两组分别具有正、负干涉条纹畸变的萨瓦偏光镜组成偏振分束器，使得正条纹畸变与负条纹畸变相互抵消，从而达到增大视场角的目的；本发明具有体积小、重量轻、结构简单紧凑、无运动部件、视场大、光通量大、探测灵敏度高、信噪比高、波长精度高、光谱探测范围宽的优点。

Description

超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪
技术领域
本发明涉及光学仪器技术领域，特别涉及一种超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪。
背景技术
光是信息的载体，成像仪通过获取目标的形影图像得到目标的空间信息，而光谱仪则获取目标的光谱信息，从而得到物质的结构及化学组成。1980s，美国空气动力实验室(JPL)提出成像光谱仪概念，具有同时获得目标像和光谱图的双重功能，被普遍认为是现代光学仪器技术发展史上的一次革命性飞跃；之后20余年来，先后发展起了色散型、傅立叶变换型(干涉型)、滤光片型、计算层析型等多种原理的成像光谱仪，并以色散型和傅立叶变换型最普遍。
衡量光谱仪性能的一个重要参数是光通量，它由视场角及通光孔径决定。傅立叶变换型光谱仪光谱分辨率与仪器通光孔径大小无光，所以在相同光谱分辨率的情况下，其通光孔径远远大于色散型光谱仪，且具有波长精度高、光谱探测范围宽等优点，特别是空间调制型干涉成像光谱仪克服了动镜扫描的限制，且结构简单紧凑，稳定性高，能对目标光谱信息进行实时探测，但遗憾的是，受到分束器限制(入射角较大时，干涉条纹会产生弯曲畸变)，这类成像光谱仪的视场角却一般只有几度，严重阻碍了其大光通量优势的进一步发挥。
发明内容
针对现有空间调制型干涉成像光谱仪视场角小导致光通量低的问题，本发明的目的在于提出一种基于视场补偿型偏振分束器的超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪，具有结构简单紧凑，无运动部件，可在超大视场范围内同时获取目标的二维空间图像信息和一维干涉光谱信息的优点。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪，包括同轴依次顺序设置的前置望远系统1、起偏器2、视场补偿型偏振分束器3、检偏器4、成像镜组5、探测器6，探测器6连接有信号获取与处理系统7。
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。
所述的视场补偿型偏振分束器3包括两组分别具有正、负干涉条纹畸变的第一萨瓦偏光镜31、第二萨瓦偏光镜32，其中第一萨瓦偏光镜31由第一萨瓦板311、第二萨瓦板312组成，第二萨瓦偏光镜32由第三萨瓦板321、第四萨瓦板322组成，用于使得正条纹畸变与负条纹畸变相互抵消，从而增大视场角。
所述的起偏器2、检偏器4为偏振片、晶体或线栅。
所述的成像镜组5由消像差透镜组构成，其焦平面位于后续探测器6的接收面上，用于将前述畸变校正的光束聚焦成像到探测器6上。
所述的探测器6为CCD阵列、CMOS阵列、光电二极管阵列、光电倍增管、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7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，用于将目标空间信息光强度信息和光谱信息进行解调，并显示为图片。
本发明的基本原理是：引入两组分别具有正、负干涉条纹畸变的萨瓦偏光镜组成偏振分束器，使得正条纹畸变与负条纹畸变相互抵消，从而达到增大视场角的目的；本发明具有体积小、重量轻、结构简单紧凑、无运动部件、视场大、光通量大、探测灵敏度高、信噪比高、波长精度高、光谱探测范围宽的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的视场补偿型偏振分束器3的结构示意图。
图3为本发明的成像镜组5的结构示意图，其中：图3(a)是由一个柱面透镜51及其后的一透镜组52构成的成像镜组5；图3(b)是由一透镜组52构成的成像镜组5。
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1，一种超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪，包括同轴依次顺序设置的前置望远系统1、起偏器2、视场补偿型偏振分束器3、检偏器4、成像镜组5、探测器6，探测器6连接有信号获取与处理系统7。
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。
位于前置光学望远系统1的后面，沿光轴顺序设置的位于前端的起偏器2、中间的视场补偿型偏振分束器组3、后端的检偏器4，共同构成静态干涉分光模块，用于将前述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。同时双萨瓦板结构增加了光程，有利于提高光谱分辨能力。
参照图1，所述的视场补偿型偏振分束器3包括两组分别具有正、负干涉条纹畸变的第一萨瓦偏光镜31、第二萨瓦偏光镜32，其中第一萨瓦偏光镜31由第一萨瓦板311、第二萨瓦板312组成，第二萨瓦偏光镜32由第三萨瓦板321、第四萨瓦板322组成，用于使得正条纹畸变与负条纹畸变相互抵消，从而增大视场角。
参照图3，所述的成像镜组5选用以下任一方案制成：
空间调制情况下，为一个柱面透镜51及其后的一透镜组52，柱面透镜51的焦面位于后续的透镜组52上，透镜组52的焦平面位于后续探测器6的接收面上；
时空混合调制情况下，为一透镜组52，透镜组52的焦平面位于后续探测器6的接收面上。
成像镜组5用于将干涉仪出射的光聚焦到探测器6上。
所述的探测器6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6用于接收成像镜组5的出射光，获取目标光的图像、光谱和全部偏振信息；探测器6输出的电信号送入后续信号获取与处理系统7。
所述的信号获取与处理系统7包括可将探测器6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，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经前置望远系统1收集、准直、消除杂散光之后，通过起偏器2成为线偏振光，线偏振光经过视场补偿型偏振分束器3后，成为两束相干且互相平行的部分光；两束部分光通过检偏器4后，振动方向变为相同，最后经成像镜组5将两束光汇聚到探测器6上成像并发生干涉，形成包含了光谱信息的干涉条纹调制的图像；接收到的信号再经信号获取与处理系统7后即可在大视场角内获得目标的图像、高光谱和全偏振信息。
其中超大视场实现的基本原理是：引入两块分别具有正、负干涉条纹畸变的萨瓦偏光镜组成偏振分束器，使得正条纹畸变与负条纹畸变相互抵消，从而达到增大视场角的目的。
附图中：1-前置望远系统；2-起偏器；3-视场补偿型偏振分束器；4-检偏器；5-成像镜组；6-探测器；7-信号获取与处理系统；31-第一萨瓦偏光镜；32-第二萨瓦偏光镜；311-第一萨瓦板；312-第二萨瓦板；321-第三萨瓦板；322-第四萨瓦板；51-柱面透镜；52-透镜组。

Claims (8)

1.超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪，其特征在于：包括同轴依次顺序设置的前置望远系统(1)、起偏器(2)、视场补偿型偏振分束器(3)、检偏器(4)、成像镜组(5)、探测器(6)，探测器(6)连接有信号获取与处理系统(7)。
2.根据权利要求1所说的傅立叶变换成像光谱仪，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所说的傅立叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述的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1所说的傅立叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述的视场补偿型偏振分束器(3)包括两组分别具有正、负干涉条纹畸变的第一萨瓦偏光镜(31)、第二萨瓦偏光镜(32)，其中第一萨瓦偏光镜(31)由第一萨瓦板(311)、第二萨瓦板(312)组成，第二萨瓦偏光镜(32)由第三萨瓦板(321)、第四萨瓦板(322)组成。
5.根据权利要求1所说的傅立叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述的起偏器(2)、检偏器(4)为偏振片、晶体或线栅。
6.根据权利要求1所说的傅立叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述的成像镜组5由消像差透镜组构成，其焦平面位于后续探测器6的接收面上。
7.根据权利要求1所说的傅立叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述的探测器(6)为CCD阵列、CMOS阵列、光电二极管阵列、光电倍增管、红外焦平面阵列或紫外光探测器阵列。
8.根据权利要求1所说的傅立叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述的信号获取与处理系统(7)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，用于将目标空间信息光强度信息和光谱信息进行解调，并显示为图片。
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