CN102269624A - 一种干涉仪剪切量的标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干涉仪剪切量的标定装置，干涉仪剪切量的标定装置包括激光器以及与激光器设置于同一光路上的CCD摄像机。本发明提供了一种高精度、高清晰度以及准确定位的干涉仪剪切量的标定装置。

Description

一种干涉仪剪切量的标定装置

技术领域

本发明属光学领域，尤其涉及一种干涉仪剪切量的标定装置。

背景技术

干涉成像光谱技术是当今可见光和红外遥感器探测技术的前沿科学，是当今成像技术和光谱技术的有机结合，与传统相机相比，它不仅能够得到被探测目标的两维空间信息，更重要的是它能够同时获取被探测目标的光谱信息，形成数据立方体。随着航天技术、大规模集成的列阵式探测器制作技术以及空间光学、精密机械、计算机图像处理以及数据传输技术的发展，使干涉成像光谱技术在空间遥感、信息获取等方面越来越显示出其重要的地位和作用，也更加显示出其在科学研究、国民经济发展及国家安全方面广阔的应用前景。

干涉成像光谱仪是在干涉光谱技术的基础之上发展起来的，它根据调制方式不同分为时间调制型干涉成像光谱仪和空间调制型干涉成像光谱仪。由于时间调制型干涉成像光谱仪存在两个缺点：1)需要一套高精度的动镜移动系统，在运动过程中要保持匀速性，并对晃动或倾斜都有严格的要求，加工及装调困难；2)实时性差，对干涉图完成采样需要动镜运动一个周期，因此对快速变化的光谱进行测量很困难。因此目前工程实际中对空间调制型干涉成像光谱仪研究较多。

在空间调整型干涉成像光谱仪中，横向剪切干涉仪是一个关键部件，它相当于一个分束器，当物体在无限远时，可看作一束平行光入射到横向剪切干涉仪后被横向剪切成两束相互平行的相干光束，这两束平行光之间的距离称为横向剪切量，它直接影响干涉成像光谱仪的光谱分辨率，因此要提高干涉成像光谱仪的光谱分辨率，必须对横向剪切干涉仪剪切量进行准确标定。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种高精度、高清晰度以及准确定位的干涉仪剪切量的标定装置。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种干涉仪剪切量的标定装置，其特殊之处在于：所述干涉仪剪切量的标定装置包括激光器以及与激光器设置于同一光路上的CCD摄像机。

上述干涉仪剪切量的标定装置还包括激光扩束镜；所述激光扩束镜设置于激光器和CCD摄像机之间，并与激光器和CCD摄像机处同一光路上。

上述干涉仪剪切量的标定装置还包括干涉仪调整平台，所述干涉仪调整平台置于激光扩束镜和CCD摄像机之间。

上述干涉仪调整平台是00级花岗石平台。

上述00级花岗石平台的平面度为5微米。

上述干涉仪剪切量的标定装置还包括激光器调整支架；所述激光器设置于激光器调整支架上。

上述干涉仪剪切量的标定装置还包括CCD摄像机调整支架，所述CCD摄像机设置于CCD摄像机调整支架上。

上述激光器是氦氖激光器、亚离子激光器或半导体激光器。

上述激光器是氦氖激光器或亚离子激光器。

上述CCD摄像机采用分辨率为1024×1024，像元尺寸0.012mm的CCD芯片，焦距为100mm的标准镜头。

本发明的优点是：

1、高精度。本发明所提供的干涉仪剪切量的标定装置采用选用氦氖激光器或亚离子激光器进行激光产生，其波长精度可达到0.1nm，同时，本发明还采用激光扩束镜，以便提供高质量的激光光束，以充满干涉仪入射面，使得剪切量的标定从根本上实现高精度。

2、高清晰度。本发明在结构上还使用了CCD摄像机，该CCD摄像机采用分辨率为1024x1024，像元尺寸0.012mm，的CCD芯片，焦距为100mm的标准镜头，此镜头对各种像差均进行了校准，此摄像机成像清晰度较高，读出噪声为9e-rms，暗电流为0.002e-/p/sec，可实现高清晰度的拍照。

3、准确定位。本发明在结构上还采用了激光器调整支架、干涉仪调整平台以及CCD摄像机调整支架；激光器调整支架能够对激光器俯仰、方位、高低方向进行三维调整，以保证激光器能够准确照射激光扩束镜入口；干涉仪调整平台采用00级花岗石平台，平面度为5微米，并且能够进行俯仰、方位、高低三个方向调整，以保证入射光束能够垂直照射干涉仪入射表面；CCD摄像机调整支架能够对CCD摄像机俯仰、方位、高低方向进行三维调整，以保证通过干涉仪的出射光束与CCD摄像机光轴同轴；三者的有机结合，可使得本发明能够准确定位，使用非常方便。

附图说明

图1为本发明所提供的干涉仪剪切量的标定装置的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种干涉仪剪切量的标定装置，该干涉仪剪切量的标定装置包括激光器1以及与激光器1设置于同一光路上的CCD摄像机3。为了使用效果更为突出，该干涉仪剪切量的标定装置还包括设置于激光器1和CCD摄像机3之间的激光扩束镜2，该激光扩束镜2并与激光器1和CCD摄像机3处同一光路上。

激光器1可以是氦氖激光器、亚离子激光器、半导体激光器，但是由于半导体激光器在工作中，因为功耗所产生的温度会作用在激光器本身，而半导体自身的散热性较差，因此激光器的谐振腔的长度会发生改变，而谐振腔本身在激光器中最主要的作用就是用来控制激光器波长，所以随着半导体激光器的使用时间增加，波长位置会发生不稳定的漂移，存在1nm左右的波长漂移，因此激光器1最好选用氦氖激光器、亚离子激光器它们的波长精度可达到0.1nm。

激光器1设置于激光器调整支架4上，该激光器调整支架4能够对激光器俯仰、方位、高低方向进行三维调整，以保证激光器1能够准确照射激光扩束镜入口，该激光器调整支架4可以是现有任何一种激光器调整架，都可用于本发明中。

激光扩束镜2有两个功能，其一是扩展激光束的直径；其二是减小激光束的发散角，提供高质量的激光光束，以充满干涉仪入射面。

干涉仪调整平台5：采用00级花岗石平台，平面度为5微米，并且能够进行俯仰、方位、高低三个方向调整，以保证入射光束能够垂直照射干涉仪入射表面。

CCD摄像机3采用分辨率为1024×1024，像元尺寸0.012mm的CCD芯片，焦距为100mm的标准镜头，此镜头对各种像差均进行了校准，此CCD摄像机3成像清晰度较高，读出噪声为9e-rms，暗电流为0.002e-/p/sec。

CCD摄像机3设置于CCD摄像机调整支架6上，该CCD摄像机调整支架6能够对CCD摄像机3俯仰、方位、高低方向进行三维调整，以保证通过干涉仪的出射光束与CCD摄像机3光轴同轴。

按照图1安装测试设备，工作原理为：调整激光器调整支架4使激光器1对准激光扩束镜2入口，激光器1通过激光扩束镜2后形成准直光束，再通过干涉仪形成干涉条纹，条纹通过CCD摄像机3镜头聚焦至CCD芯片上，CCD摄像机3根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频图像信号输出，采集图像数据准确计算横向剪切干涉仪剪切量，具体操作步骤如下：

1、为了减小随机误差，采集多幅(100幅)干涉图数据，对多幅图像进行平均；

2、通过中值滤波的方法来消除背景噪声；

3、对去除噪声的图像进行高阶差分运算，快速准确判定出干涉条纹波峰(或者波谷)位置；

4、根据波峰(或者波谷)位置计算干涉条纹数目n与干涉条纹数目对应的像元数N；

5、将干涉条纹数目，干涉条纹占的像元数，CCD像元尺寸S、激光波长λ、CCD摄像机焦距f′代入下面公式计算横向剪切干涉仪剪切量d：

$d=\frac{n\×\mathrm{\λ}\×f^{\′}}{N\×S}$

Claims (10)

1.一种干涉仪剪切量的标定装置，其特征在于：所述干涉仪剪切量的标定装置包括激光器以及与激光器设置于同一光路上的CCD摄像机。

2.根据权利要求1所述的干涉仪剪切量的标定装置，其特征在于：所述干涉仪剪切量的标定装置还包括激光扩束镜；所述激光扩束镜设置于激光器和CCD摄像机之间，并与激光器和CCD摄像机处同一光路上。

3.根据权利要求2所述的干涉仪剪切量的标定装置，其特征在于：所述干涉仪剪切量的标定装置还包括干涉仪调整平台，所述干涉仪调整平台置于激光扩束镜和CCD摄像机之间。

4.根据权利要求3所述的干涉仪剪切量的标定装置，其特征在于：所述干涉仪调整平台是00级花岗石平台。

5.根据权利要求4所述的干涉仪剪切量的标定装置，其特征在于：所述00级花岗石平台的平面度为5微米。

6.根据权利要求5所述的干涉仪剪切量的标定装置，其特征在于：所述干涉仪剪切量的标定装置还包括激光器调整支架；所述激光器设置于激光器调整支架上。

7.根据权利要求6所述的干涉仪剪切量的标定装置，其特征在于：所述干涉仪剪切量的标定装置还包括CCD摄像机调整支架，所述CCD摄像机设置于CCD摄像机调整支架上。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的干涉仪剪切量的标定装置，其特征在于：所述激光器是氦氖激光器、亚离子激光器或半导体激光器。

9.根据权利要求8所述的干涉仪剪切量的标定装置，其特征在于：所述激光器是氦氖激光器或亚离子激光器。

10.根据权利要求9所述的干涉仪剪切量的标定装置，其特征在于：所述CCD摄像机采用分辨率为1024×1024，像元尺寸0.012mm的CCD芯片，焦距为100mm的标准镜头。

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