CN108507675A - 一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪 - Google Patents
一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108507675A CN108507675A CN201710106134.5A CN201710106134A CN108507675A CN 108507675 A CN108507675 A CN 108507675A CN 201710106134 A CN201710106134 A CN 201710106134A CN 108507675 A CN108507675 A CN 108507675A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- acousto
- wave band
- light
- optic
- chromatic aberration
- 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
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims abstract description 30
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 7
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 1
- VMXUWOKSQNHOCA-UKTHLTGXSA-N ranitidine Chemical compound [O-][N+](=O)\C=C(/NC)NCCSCC1=CC=C(CN(C)C)O1 VMXUWOKSQNHOCA-UKTHLTGXSA-N 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
- G01J3/2823—Imaging spectrometer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，是一种获取被测物宽波段范围、高光谱分辨率数据的仪器，主要包括反射式准直光学系统、前置偏振片、声光可调谐滤波器、后置偏振片、分色片、色差校正棱镜、反射镜、滤光片、后置成像镜头、面阵探测器和主控系统。宽波段声光可调谐滤波器采用两个压电换能器分别工作于两个波段范围，导致衍射光光学特性不一致。该仪器利用分色片实现两个波段的空间分离，并分别用色差校正棱镜对横向色差进行高精度校正，抑制光谱图像随波段变化在声光互作用方向漂移的现象。本发明是一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，通过光学设计校正了横向色差，提高了光谱数据的准确性。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，属于光谱遥感仪器领域。
背景技术
声光画幅式成像光谱仪采用声光可调谐滤波器作为分光器件，具有完全电控、无运动部件、波段调谐快、可靠性好、体积小巧等特点，在精确农业、军事侦察和环境监测等领域具有广泛的应用。声光可调谐滤波器由声光晶体、压电换能器、吸声体三部分组成。当对压电换能器施加射频信号后，产生超声波，进入声光晶体并形成折射率光栅，可使入射偏振光中的某一窄带波段光束产生衍射，并使其偏振态与入射光正交。衍射光的波长随射频驱动信号的频率改变而改变，从而可以实现高光谱数据的获取。
由于声光可调谐滤波器的作用机理，导致不同波段的光束具有不同的出射角度，使光谱图像在声光互作用方向产生移动，称为横向色差。对于一般的声光可调谐滤波器，目前已有的横向色差校正方法可以达到高精度校正效果。由于宽波段覆盖范围的声光可调谐滤波器具有两个压电换能器，它们所衍射的波段具有不同的光学特性，光线出射角度产生跳变，传统的横向色差校正方法效果不佳。严重的横向色差使得各波段图像上同一像素点对应于不同地物，即产生光谱失配。利用这些未经校正的数据进行光谱复原时就会产生失真，最终影响地物类型的诊断和定量反演精度。
发明内容
本发明的技术解决问题是：设计了一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，并针对宽波段声光可调谐滤波器双压电换能器的结构特点，解决了其横向色差高精度校正的问题。
本发明的技术解决方案是：一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，其包括：
反射式准直光学系统：位于成像光谱仪的最前端，采用反射式结构，实现入射光线的准直及压缩视场角的目的，以满足声光可调谐滤波器的角孔径要求；
前置偏振片：位于反射式准直光学系统之后，用于实现入射光束的起偏；
声光可调谐滤波器：位于前置偏振片之后，具有双压电换能器(压电换能器1工作于波段1，压电换能器2工作于波段2)，通过对其施加特定频率电信号后，将入射偏振光的某一窄带波段按调谐关系衍射并改变其偏振态，衍射光(1级光)与未衍射的入射光(0级光)偏振态正交。
后置偏振片：位于声光可调谐滤波器之后，透偏方向与前置偏振片正交，用于消除出射光线中的0级光，使得只有1级光可以进入后续光学系统；
分色片：位于偏振分光片之后，45°放置，其过渡波长等于波段1与波段2的相邻波长，实现1级光以过渡波长为界，在空间上分为两个通道；
通道1：位于分色片的反射方向之后，由色差校正棱镜1和反射镜1组成，用于校正波段1的横向色差，并折叠光路；
通道2：位于分色片的透射方向之后，由色差校正棱镜2和反射镜2组成，用于校正波段2的横向色差，并折叠光路；
滤光片：位于通道1和通道2之后，与分色片平行放置，用于实现两个通道的光路合并；
后置成像镜头：位于滤光片之后，用于光路合并后的1级光成像；
面阵探测器：位于后置成像镜头之后，获取光谱图像数据；
主控系统：控制声光可调谐滤波器改变衍射光波长，控制面阵探测器完成图像采集。
其中，所述的分色片和滤光片分别实现波段1和波段2的空间分离与合并，其过渡波长均等于声光可调谐滤波器波段1和波段2的相邻波长。
其中，所述的色差校正棱镜1和色差校正棱镜2分别针对声光可调谐滤波器的波段1和波段2进行横向色差校正设计。
其中，所述的通道1和通道2的光学长度几乎一致，保证光程差较小，便于后置成像镜头的设计优化。
本发明的原理是：反射式准直光学系统实现入射光束准直及视场角压缩的目的，使其满足声光可调谐滤波器的角孔径要求。利用宽波段声光可调谐滤波器满足宽波段、高光谱分辨率的仪器需求。利用分色片按波长分光的功能，使波段1和波段2实现空间分离，并分别通过色差校正棱镜1和色差校正棱镜2对横向色差进行高精度校正。最后，利用滤光片实现光路合并，进而完成整个波段范围内的光谱成像。
本发明与现有高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪相比的优点在于：采用具有双压电换能器结构的声光可调谐滤波器，加大超声波波长调谐范围，以满足仪器的宽波段工作需求。利用分色片分光，将1级光分为两个通道，并对波段1和波段2分别进行横向色差校正，从而实现整体系统的宽波段横向色差高精度校正，提高了光谱数据的准确性。
附图说明
图1为本发明一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪的结构框图；
具体实施方式
如图1所示，本发明由反射式准直光学系统(1)、前置偏振片(2)、声光可调谐滤波器(3)、后置偏振片(4)、分色片(5)、通道1(6)、通道2(7)、滤光片(12)、后置成像镜头(13)、面阵探测器(14)和主控系统(15)组成。其中，通道(1)由色差校正棱镜1(8)和反射镜1(9)组成，通道2(7)由色差校正棱镜2(10)和反射镜2(11)组成。
仪器通过反射式准直光学系统(1)对视场角进行压缩以及对被测目标的反射光束进行准直，使光束满足声光可调谐滤波器(3)的角孔径限制。通过偏振片(2)使入射光束起偏，使光束满足声光可调谐滤波器(3)的偏振态需求，避免产生杂散光。在主控系统(15)的控制下，声光可调谐滤波器(3)根据射频信号选择压电换能器发出超声波，使入射偏振光某一窄带波段的光束发生衍射，并使其偏振态与0级光正交。后置偏振片(4)的透偏方向与前置偏振片(2)正交，可将从声光可调谐滤波器(3)出射的0级光消除，减少杂光影响。1级光经过分色片(5)后，进入相应通道，通过色差校正棱镜进行横向色差校正，而后再经反射镜、滤光片(12)实现两个通道的光路合并。最终，仪器通过后置成像镜头(13)将1级光成像于面阵探测器(14)靶面，获得光谱图像数据。
在仪器进行光谱数据采集时，压电换能器1工作于波段1，压电换能器2工作于波段2。由于压电换能器1和压电换能器2安装在声光晶体上时，并不能保证其角度完全一致，导致所发射超声波的超声极角不同。所以，1级光的出射角度在波段1和波段2的相邻波长处产生跳变，导致整个波段范围内的横向色差曲线不连续。分色片(5)的过渡波长等于波段1和波段2的相邻波长，可将波段1的光束反射形成通道1(6)，将波段2的光束透射形成通道2(7)。随后，光束分别通过色差校正棱镜1(8)和色差校正棱镜2(10)进行横向色差校正，可以达到很高的精度，使得整个波段范围内的光谱图像在声光互作用方向漂移很小，以满足光谱数据的准确性，不会对地物类型的诊断或定量反演等应用产生显著影响。
由于光学加工和装调的问题，导致通道1(6)的图像和通道2(7)的图像不能严格的对准，在面阵探测器(14)处的两个通道的图像有一定错位。反射镜1(9)和反射镜2(11)装有精密调节机构，通过调节其角度，可以调整两个通道的图像的相对位置，并结合人工判读及图像处理的方法，使对准误差满足使用需求。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (4)
1.一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，其特征在于：包括：
反射式准直光学系统(1)：位于成像光谱仪的最前端，采用反射式结构，实现入射光线的准直及压缩视场角的目的，以满足声光可调谐滤波器(3)的角孔径要求；
前置偏振片(2)：位于反射式准直光学系统(1)之后，用于实现入射光束的起偏；
声光可调谐滤波器(3)：位于前置偏振片(2)之后，具有双压电换能器(压电换能器1工作于波段1，压电换能器2工作于波段2)，通过对其施加特定频率电信号后，将入射偏振光的某一窄带波段按调谐关系衍射并改变其偏振态，衍射光(1级光)与未衍射的入射光(0级光)偏振态正交。
后置偏振片(4)：位于声光可调谐滤波器(3)之后，透偏方向与前置偏振片(2)正交，用于消除出射光线中的0级光，使得只有1级光可以进入后续光学系统；
分色片(5)：位于偏振分光片(4)之后，45°放置，其过渡波长等于波段1与波段2的相邻波长，实现1级光以过渡波长为界，在空间上分为两个通道；
通道1(6)：位于分色片(5)的反射方向之后，由色差校正棱镜1(8)和反射镜1(9)组成，用于校正波段1的横向色差，并折叠光路；
通道2(7)：位于分色片(5)的透射方向之后，由色差校正棱镜2(10)和反射镜2(11)组成，用于校正波段2的横向色差，并折叠光路；
滤光片(12)：位于通道1(6)和通道2(7)之后，与分色片(5)平行放置，用于实现两个通道的光路合并；
后置成像镜头(13)：位于滤光片(12)之后，用于光路合并后的1级光成像；
面阵探测器(14)：位于后置成像镜头(13)之后，获取光谱图像数据；
主控系统(15)：控制声光可调谐滤波器(3)改变衍射光波长，控制面阵探测器(14)完成图像采集。
2.根据权利要求1所述的一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，其特征在于：所述的分色片(5)和滤光片(12)分别实现波段1和波段2的空间分离与合并，其过渡波长均等于声光可调谐滤波器(3)波段1和波段2的相邻波长。
3.根据权利要求1所述的一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，其特征在于：所述的色差校正棱镜1(8)和色差校正棱镜2(10)分别针对声光可调谐滤波器(3)的波段1和波段2进行横向色差校正设计。
4.根据权利要求1所述的一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，其特征在于：所述的通道1(6)和通道2(7)的光学长度几乎一致，保证光程差较小，便于后置成像镜头(13)的设计优化。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710106134.5A CN108507675B (zh) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | 一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710106134.5A CN108507675B (zh) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | 一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108507675A true CN108507675A (zh) | 2018-09-07 |
| CN108507675B CN108507675B (zh) | 2020-11-20 |
Family
ID=63373130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710106134.5A Active CN108507675B (zh) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | 一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108507675B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112964692A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-15 | 上海新产业光电技术有限公司 | 拉曼光谱装置 |
| CN114397255A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-04-26 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种宽谱段高分辨视频光谱成像系统和方法 |
| CN117451181A (zh) * | 2023-11-06 | 2024-01-26 | 北京航空航天大学 | 一种基于电致变色器件的计算光谱仪的制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5111038A (en) * | 1991-02-12 | 1992-05-05 | Westinghouse Electric Corp. | Acousto-optic tunable filter apparatus and method for detecting and identifying an optical radiation source. |
| JP2004045225A (ja) * | 2002-07-11 | 2004-02-12 | National Aerospace Laboratory Of Japan | 音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置 |
| CN201041514Y (zh) * | 2007-06-14 | 2008-03-26 | 武汉大学 | 便携式成像光谱仪 |
| CN101871815A (zh) * | 2009-04-24 | 2010-10-27 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种基于孔径分割和声光可调谐滤光器的可编程偏振超光谱成像仪 |
| CN103234632A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-08-07 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 用于高分辨率宽视场的推帚式光谱成像仪光学系统 |
| CN103344336A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-10-09 | 北京航空航天大学 | 一种可实现高精度波段配准的声光画幅式成像光谱仪 |
| CN104303089A (zh) * | 2012-05-16 | 2015-01-21 | 卡尔蔡司显微镜有限责任公司 | 光学显微镜和用于利用光学显微镜记录图像的方法 |
-
2017
- 2017-02-27 CN CN201710106134.5A patent/CN108507675B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5111038A (en) * | 1991-02-12 | 1992-05-05 | Westinghouse Electric Corp. | Acousto-optic tunable filter apparatus and method for detecting and identifying an optical radiation source. |
| JP2004045225A (ja) * | 2002-07-11 | 2004-02-12 | National Aerospace Laboratory Of Japan | 音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置 |
| CN201041514Y (zh) * | 2007-06-14 | 2008-03-26 | 武汉大学 | 便携式成像光谱仪 |
| CN101871815A (zh) * | 2009-04-24 | 2010-10-27 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种基于孔径分割和声光可调谐滤光器的可编程偏振超光谱成像仪 |
| CN104303089A (zh) * | 2012-05-16 | 2015-01-21 | 卡尔蔡司显微镜有限责任公司 | 光学显微镜和用于利用光学显微镜记录图像的方法 |
| CN103234632A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-08-07 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 用于高分辨率宽视场的推帚式光谱成像仪光学系统 |
| CN103344336A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-10-09 | 北京航空航天大学 | 一种可实现高精度波段配准的声光画幅式成像光谱仪 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HUIJIE ZHAO 等: "Chromatic aberrations correction for imaging spectrometer based on acousto-optic tunable filter with two transducers", 《OPTICS EXPRESS》 * |
| PENGWEIZHOU等: "Accurate band-to-band registration of AOTF imaging spectrometer using motion detection technology", 《OPTICSCOMMUNICATIONS》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112964692A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-15 | 上海新产业光电技术有限公司 | 拉曼光谱装置 |
| CN112964692B (zh) * | 2021-02-05 | 2022-12-27 | 上海新产业光电技术有限公司 | 拉曼光谱装置 |
| CN114397255A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-04-26 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种宽谱段高分辨视频光谱成像系统和方法 |
| CN114397255B (zh) * | 2021-11-12 | 2023-09-01 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种宽谱段高分辨视频光谱成像系统和方法 |
| CN117451181A (zh) * | 2023-11-06 | 2024-01-26 | 北京航空航天大学 | 一种基于电致变色器件的计算光谱仪的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108507675B (zh) | 2020-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103913227B (zh) | 基于轻型分束器的红外成像光谱仪及制作方法 | |
| CN108508503B (zh) | 一种可实现图谱及结构信息集成探测的遥感成像系统 | |
| CN107728300A (zh) | 一种宽视场大相对孔径的小型反射式离轴望远系统 | |
| CN108507675A (zh) | 一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪 | |
| US9851251B2 (en) | Spectrometer | |
| CN113484876B (zh) | 一种激光三维凝视成像系统 | |
| US9523850B2 (en) | Beam scanning using an interference filter as a turning mirror | |
| CN104535184A (zh) | 棱镜-光栅成像光谱仪的光路结构 | |
| CN103809167B (zh) | 一种fp干涉型光谱滤波器谐振频率锁定装置及方法 | |
| CN105157835A (zh) | 一种快照式多光谱的图像复分光谱成像方法和光谱成像仪 | |
| CN110319932A (zh) | 一种高光谱成像光学系统 | |
| CN208270077U (zh) | 高通量宽谱段高分辨率的相干色散光谱成像装置 | |
| CN108469693A (zh) | 一种双通道声光可调谐滤波器及高光谱成像装置 | |
| CN103616074B (zh) | 数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法 | |
| CN104792416A (zh) | 一种推扫式完全偏振高光谱一体化成像装置 | |
| CN104931138A (zh) | 一种采用棱镜提高aotf光谱成像质量的方法及装置 | |
| CN103913234A (zh) | 基于多级微反射镜的傅里叶变换红外成像光谱仪 | |
| CN104006883A (zh) | 基于多级微反射镜的成像光谱仪及制作方法 | |
| CN104006885A (zh) | 时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪及制作方法 | |
| CN109186763B (zh) | 一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置 | |
| CN103558160B (zh) | 一种提高光谱成像空间分辨率的方法和系统 | |
| CN113188660A (zh) | 一种多维度参数可调的新型快照式偏振光谱成像系统 | |
| CN105043546A (zh) | 一种新型的aotf光谱成像系统 | |
| CN111750997A (zh) | 基于偏振分时光谱同步的光学成像探测装置 | |
| CN208704882U (zh) | 一种声光滤波衍射光的色散补偿装置 |
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 |