CN106840403A - 基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪 - Google Patents
基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106840403A CN106840403A CN201611247779.2A CN201611247779A CN106840403A CN 106840403 A CN106840403 A CN 106840403A CN 201611247779 A CN201611247779 A CN 201611247779A CN 106840403 A CN106840403 A CN 106840403A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polarization
- amici
- prisms
- many
- prismatic
- 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
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 60
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 239000005331 crown glasses (windows) Substances 0.000 claims description 3
- 239000005308 flint glass Substances 0.000 claims description 3
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 14
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/447—Polarisation spectrometry
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪，包括：前置望远物镜、偏振多狭缝、准直镜、双Amici棱镜、成像镜与探测器；其中，光辐射将无穷远处目标景物经过前置望远物镜成像于一次像面，一次像面处放置偏振多狭缝，光线经偏振多狭缝从准直镜平行出射后经过双Amici棱镜分光，分光后的光束通过成像镜，并由探测器获取目标景物的偏振光谱信息；其中，所述双Amici棱镜由三个三棱镜组成对称棱镜形式，所述偏振多狭缝为三狭缝结构。该方案通过将偏振多狭缝与双Amici棱镜相结合，得到更宽的视场范围。一次曝光可以直接获得目标景物的三个偏振信息，结合仪器整体推扫，可以获得目标景物的七维空间信息。
Description
技术领域
本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪。
背景技术
成像光谱技术兴起于上个世纪八十年代，该技术集光学、光谱学、精密机械、电子技术及计算机技术于一体，是在多学科交叉融合基础上的创新。成像光谱仪能够获得被测目标的两维空间信息和一维光谱信息的“图谱合一”的光学遥感仪器，得到的图像数据被称为“数据立方体”(Data Cube)。
偏振是光的固有特性之一，光与介质的相互作用影响光的偏振状态,其变化模式和程度与介质的物理特性密切相关。由于伪装和自然背景表面的粗糙特性不同，使用光谱偏振探测技术进行迷彩伪装目标的检测与识别就拥有传统光强探测手段不具备的优势，对其进行深入研究无疑具有十分重要的理论意义和应用价值。
偏振成像光谱技术不仅可以获取目标景物的光谱图像数据立方体，还可以获取其偏振信息。传统光强探测获得三维信息量，偏振成像光谱技术将获取信息扩展到七维——空间两维、光谱维、偏振度、偏振方位角、偏振椭率和旋转方向。在对目标的成像探测过程中，利用目标和背景的偏振特性，能够将目标的信息加以提取，有助于提高目标探测识别的准确度。偏振成像光谱技术可以获取目标景物丰富的数据信息，在航空航天遥感、军事应用、科学实验、天文观测、环境监测、灾害评估、资源勘测、生物医学等领域必然有广泛应用。
光谱信息的获取是通过色散原件将相同入射角的不同波长的光线分开。目前使用成熟的色散元件有棱镜元件，不同波长对应不同的折射率而产生不同的出射偏向角而造成分光。单棱镜色散原理简单，应用方便，但是存在着很多无法避免的缺陷，比如：光谱分辨率存在严重非线性，在短波处与长波处的光谱分辨率可以相差10倍之多；空间方向的不同视场角对应的空间入射角不同，造成谱线弯曲；不同谱段的角放大率不一样，带来的色畸变，等等。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪，其结构共轴光路、稳定性高、能量利用率高、成像质量好，适用于生物医学、食品快速检测等民用领域。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪，包括：前置望远物镜、偏振多狭缝、准直镜、双Amici棱镜、成像镜与探测器；其中，光辐射将无穷远处目标景物经过前置望远物镜成像于一次像面，一次像面处放置偏振多狭缝，光线经偏振多狭缝从准直镜平行出射后经过双Amici棱镜分光，分光后的光束通过成像镜，并由探测器获取目标景物的偏振光谱信息；
其中，所述双Amici棱镜由三个三棱镜组成对称棱镜形式，所述偏振多狭缝为三狭缝结构。
所述双Amici棱镜的三个三棱镜中，第一个与第三个三棱镜由冕牌玻璃制成，第二个三棱镜由火石玻璃制造。
所述偏振多狭缝为在玻璃基底上通过激光刻蚀的方式实现的三狭缝结构，然后通过镀膜方式实现获取宽谱段的偏振特性，三条狭缝获取目标景物的三个偏振态，再通过计算得到目标的四个偏振信息。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，应用偏振多狭缝结构，实现目标景物多偏振态获取；同时，采用了Amici棱镜分光，使得光学系统能量利用率高、自由光谱范围宽，适用于生物医学、食品快速检测等民用领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪的光路原理图；
图2为本发明实施例提供的Amici棱镜的示意图；
图3为本发明实施例提供的偏振成像光谱仪的典型波长在全视场的传递函数示意图；
图4为本发明实施例提供的偏振成像光谱仪在探测器靶面的仿真脚印图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪，其光路原理如图1所示，包括：前置望远物镜、偏振多狭缝、准直镜、双Amici棱镜、成像镜与探测器；其中，光辐射将无穷远处目标景物经过前置望远物镜成像于一次像面，一次像面处放置偏振多狭缝，光线经偏振多狭缝从准直镜平行出射后经过双Amici棱镜分光，分光后的光束通过成像镜，并由探测器获取目标景物的偏振光谱信息；
其中，所述双Amici棱镜由三个三棱镜组成对称棱镜形式(如图2所示)，所述偏振多狭缝为三狭缝结构。
本发明实施例中，所述双Amici棱镜的三个三棱镜中，第一个与第三个三棱镜由色散能力为中等的冕牌玻璃制成，第二个三棱镜以高色散的火石玻璃制造。
本发明实施例中的双Amici棱镜的相关参数如表1所示。
| 面 | 绕X轴旋转/° | 绕Y轴旋转/° | 玻璃材料 | 厚度/mm |
| 双Amici棱镜面1 | 7.75 | 0 | H-K50 | 13 |
| 双Amici棱镜面2 | -37.58 | 0 | F5 | 11 |
| 双Amici棱镜面3 | 37.58 | 0 | F5 | 11 |
| 双Amici棱镜面4 | -7.75 | 0 | H-K50 | 13 |
表1双Amici棱镜的相关参数
本发明实施例中，所述偏振多狭缝为在玻璃基底上通过激光刻蚀的方式实现的三狭缝结构，然后通过镀膜方式实现获取宽谱段的偏振特性，三条狭缝获取目标景物的三个偏振态，再通过计算得到目标的四个偏振信息。
本发明实施例提供的基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪中采用的双Amici棱镜用于平行光路中，光学系统为小焦距，中等视场的共轴光路，便于棱镜的装调。
此外，整个系统的设计满足物方、像方远心光路条件，容易满足光瞳衔接原则，方便与其他镜组的匹配。系统的主要技术指标可以为：相对孔径5，视场角为12°，放大率1:1，工作波长在450nm～900nm范围内。
图3是本发明实施例所提供偏振成像光谱仪的典型波长在全视场的传递函数，从图中可以看出，各个波长在耐奎斯特频率以内的成像质量均接近衍射极限；其中，图3a～图3d对应的波长分别450nm、560nm、700nm、900nm。
图4是本发明实施例所提供偏振成像光谱仪在探测器靶面的仿真脚印图，三条狭缝对应三个偏振状态，每条狭缝的色散效果如图所示，色散均匀。
本发明实施例中通过偏振多狭缝结合双Amici棱镜的使用，得到更宽的视场范围。一次曝光可以直接获得目标景物的三个偏振信息，结合仪器整体推扫，可以获得目标景物的七维空间信息。
本发明实施例的上述方案主要具有如下优点：
1)采用棱镜色散方案，光学效率高，且对称棱镜形式，使得光路共轴，结构紧凑，系统稳定性好，可靠性高。
2)在一个探测器上，一次曝光可以直接获得目标景物的偏振信息，通过推扫获取目标空间信息图像。
3)光学系统结构形式新颖，且目前加工水平容易实现，双Amici棱镜用于平行光路中，易于装调。
4)棱镜方案在近紫外、可见光、近红外甚至中波红外谱段可以使用，应用广泛。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪，其特征在于，包括：前置望远物镜、偏振多狭缝、准直镜、双Amici棱镜、成像镜与探测器；其中，光辐射将无穷远处目标景物经过前置望远物镜成像于一次像面，一次像面处放置偏振多狭缝，光线经偏振多狭缝从准直镜平行出射后经过双Amici棱镜分光，分光后的光束通过成像镜，并由探测器获取目标景物的偏振光谱信息；
其中，所述双Amici棱镜由三个三棱镜组成对称棱镜形式，所述偏振多狭缝为三狭缝结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪，其特征在于，所述双Amici棱镜的三个三棱镜中，第一个与第三个三棱镜由冕牌玻璃制成，第二个三棱镜由火石玻璃制造。
3.根据权利要求1所述的一种基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪，其特征在于，所述偏振多狭缝为在玻璃基底上通过激光刻蚀的方式实现的三狭缝结构，然后通过镀膜方式实现获取宽谱段的偏振特性，三条狭缝获取目标景物的三个偏振态，再通过计算得到目标的四个偏振信息。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611247779.2A CN106840403B (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611247779.2A CN106840403B (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106840403A true CN106840403A (zh) | 2017-06-13 |
| CN106840403B CN106840403B (zh) | 2018-08-17 |
Family
ID=59113874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611247779.2A Active CN106840403B (zh) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | 基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106840403B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110319932A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-10-11 | 中国科学院光电研究院 | 一种高光谱成像光学系统 |
| CN111562006A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-08-21 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种红外面场光谱仪光学系统及设计方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5459000A (en) * | 1992-10-14 | 1995-10-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Image projection method and device manufacturing method using the image projection method |
| US20080246970A1 (en) * | 2002-01-11 | 2008-10-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Sensor device and testing method utilizing localized plasmon resonance |
| WO2014087083A1 (fr) * | 2012-12-04 | 2014-06-12 | Horiba Jobin Yvon Sas | Spectromètre pour l'analyse du spectre d'un faisceau lumineux |
| CN104792416A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-07-22 | 中国科学院光电研究院 | 一种推扫式完全偏振高光谱一体化成像装置 |
-
2016
- 2016-12-29 CN CN201611247779.2A patent/CN106840403B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5459000A (en) * | 1992-10-14 | 1995-10-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Image projection method and device manufacturing method using the image projection method |
| US20080246970A1 (en) * | 2002-01-11 | 2008-10-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Sensor device and testing method utilizing localized plasmon resonance |
| WO2014087083A1 (fr) * | 2012-12-04 | 2014-06-12 | Horiba Jobin Yvon Sas | Spectromètre pour l'analyse du spectre d'un faisceau lumineux |
| CN104792416A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-07-22 | 中国科学院光电研究院 | 一种推扫式完全偏振高光谱一体化成像装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 裴琳琳 等: "分析双Amici棱镜角度误差对色散的影响", 《光学学报》 * |
| 裴琳琳 等: "编码孔径成像光谱仪光学系统设计", 《物理学报》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110319932A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-10-11 | 中国科学院光电研究院 | 一种高光谱成像光学系统 |
| CN111562006A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-08-21 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种红外面场光谱仪光学系统及设计方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106840403B (zh) | 2018-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103822712B (zh) | 一种基于Wollaston棱镜分光的成像方法及成像光谱仪 | |
| CN111367088B (zh) | 一种基于超构表面的正交偏振光成像衍射光学器件 | |
| CN101046409A (zh) | 静态双折射偏振干涉成像光谱仪 | |
| CN100451677C (zh) | 高光谱全偏振成像遥感系统 | |
| CN104359553B (zh) | 一种紧凑型光栅色散光谱成像仪 | |
| CN106841237A (zh) | 一种电子显示屏玻璃盖板表面缺陷检测系统及方法 | |
| CN103424190B (zh) | 双楔板色散剪切干涉超光谱成像装置及方法 | |
| CN104535184A (zh) | 棱镜-光栅成像光谱仪的光路结构 | |
| CN104792416A (zh) | 一种推扫式完全偏振高光谱一体化成像装置 | |
| CN110319932A (zh) | 一种高光谱成像光学系统 | |
| CN103411670B (zh) | 一种新型棱镜色散成像光谱仪 | |
| Zhao et al. | Field imaging system for hyperspectral data, 3D structural data and panchromatic image data measurement based on acousto-optic tunable filter | |
| CN104913848B (zh) | 全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像干涉仪 | |
| CN105548032A (zh) | 一种紧凑型高分辨率宽视场光谱成像系统 | |
| CN204831550U (zh) | 一种偏振态同步获取的光谱成像装置 | |
| CN106840403B (zh) | 基于Amici棱镜分光的多狭缝偏振成像光谱仪 | |
| CN101059370A (zh) | 高通量、高探测灵敏度微型偏振干涉成像光谱仪 | |
| CN104792415A (zh) | 一种完全偏振高光谱成像装置 | |
| CN104931141B (zh) | 一种全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像方法 | |
| Bai et al. | Static full-Stokes Fourier transform imaging spectropolarimeter capturing spectral, polarization, and spatial characteristics | |
| CN104634742B (zh) | 一种基于反射望远系统的多光谱偏振扫描辐射计 | |
| CN106767391A (zh) | 四波前横向剪切干涉波前传感器的灵敏度增强装置及方法 | |
| CN104006883A (zh) | 基于多级微反射镜的成像光谱仪及制作方法 | |
| CN109324023B (zh) | 一种紧凑型差分干涉成像光谱仪及其成像方法 | |
| CN103308161A (zh) | 航天遥感大相对孔径宽视场高分辨率成像光谱仪光学系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |