CN109799077A - 成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置 - Google Patents

Abstract

成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置，包括白色光源、第一反射镜、第二反射镜、线性渐变滤光片、第三反射镜、光阑组件、第四反射镜、检测模块；白色光源发射基准光，基准光经第一反射镜准直后，反射至第二反射镜，经第二反射镜汇聚后，在线性渐变滤光片的待测表面第一次成像；透射过线性渐变滤光片的基准光经第三反射镜准直后，反射至第四反射镜，经第四反射镜汇聚后，在检测模块上第二次成像并输出单点检测光谱特性；精密位移台调整线性渐变滤光片的位置，实现对线性渐变滤光片的多点扫描测量，得出线性渐变滤光片的光谱特性分布规律。本发明的检测装置更接近于线性渐变滤光片在成像光谱仪中的使用状态，检测结果更加精确。

Description

成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置

技术领域

本发明涉及一种光电技术领域，更具体的，涉及一种成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置。

背景技术

线性渐变滤光片(简称LVF)是一种光谱特性随位置线性变化的光学器件。它是采用离子辅助法或离子束溅射法等工艺，通过在基底表面镀制多层厚度变化的膜系而形成的。相比传统的窄带滤光片，LVF具有接近连续的光谱通道，因此采用LVF进行分光可以获得较高的光谱分辨率。LVF的另一个应用领域是光谱成像技术，相比于棱镜和光栅型成像光谱仪，基于LVF的成像光谱仪具有高集成度、高稳定性和高分辨率等特点，其整机结构紧凑，体积小重量轻，同时研发和制造成本较低，具有很好的应用前景。LVF还可用于便携式分光计、光栅二级次光分离/截至、激光反射镜设计等方面和领域。

受镀膜工艺的限制，在LVF的镀膜过程中会引入各种误差，使得成品滤光片与设计特性产生偏差，并且使用环境，如温度、湿度、压力等的变化会造成滤光片特性的改变。若要将其应用于相关方面的设计，就必须对其实际特性进行检测以进行预标定。尤其是在工程项目中，对那些基于LVF的成像光谱仪，需要对LVF镀膜误差有一个定量化的描述手段。

针对滤光片镀膜过程中所产生的误差，目前常用的测试系统如图1所示，由卤钨灯光源20、平行光管21、微动位移平台22、待测滤光片23和FieldSpec 4光谱仪24等组成，在系统光路中，平行光管对钨灯出射光起着准直的作用，使得经平行光管出射的光垂直照射到待测的滤光片表面。在测量过程中，先测出不装夹滤光片情况下，经平行光管出射光的辐照度，然后将滤光片装夹在微动位移平台，调节夹持滤光片的装置使得平行光管出射的光垂直照射到滤光片表面，测得该位置处经过滤光片的透射光辐射照度，经数据处理可得到该位置处的光谱透过率，调节微动位移平台，对待测滤光片样品进行扫描，完成对不同位置处透过率的测量。

但由于测试过程中采用的基准光信号均是经过准直镜准直后，再照射到LVF表面进行检测的，而成像光谱仪中LVF在使用时紧贴在探测器表面，光束是以一定孔径角照射到LVF表面的。因此，采用这种方案对LVF进行光谱特性评估是不严密的。而且，这种用平行光检测LVF的方法，当平行光的光斑较大时，光谱的平均效应就会使所测的样品光谱曲线大大变形，很难对LVF每个区域的光谱特性进行精细的评估。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，提供一种可用于成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置，为LVF的光谱特性提供了一个定量化的评价手段，检测结果可用于LVF的参数校正，为相关系统的设计和标定提供准确的数据指导。同时，也可以为LVF的镀膜加工提供指导性建议，进一步优化改进LVF的镀膜工艺，间接的提高LVF的性能指标。

本发明采用以下技术方案：

成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置，包括白色光源、第一反射镜、第二反射镜、线性渐变滤光片、第三反射镜、光阑组件、第四反射镜、精密位移台、检测模块；

所述白色光源发射基准光，

所述基准光经所述第一反射镜准直，再经第二反射镜汇聚后，在线性渐变滤光片的待测表面第一次成像；

透射过所述线性渐变滤光片的基准光经所述第三反射镜准直，再经第四反射镜汇聚后，在所述检测模块上第二次成像并输出线性渐变滤光片的单点检测光谱特性；

所述精密位移台与线性渐变滤光片连接，用于调整线性渐变滤光片的位置，实现对线性渐变滤光片的多点扫描测量，得出线性渐变滤光片的光谱特性分布规律。

进一步的，所述第二反射镜和线性渐变滤光片之间设置斩波器，用于将连续基准光调成固定频率的光。

进一步的，所述第三反射镜和第四反射镜之间设置光阑组件，用于控制基准光的通过量。

进一步的，所述的检测模块包括单色仪、光电倍增管、锁相放大器，

所述光电倍增管连接在单色仪的出射狭缝处，

所述锁相放大器与光电倍增管连接，

所述基准光经过第四反射镜汇聚后，在所述单色仪的入射狭缝处第二次成像；

进入到所述单色仪的基准光经过单色仪分光后，由单色仪的出射狭缝经光电倍增管输出到锁相放大器中。

进一步的，所述白色光源为激光。

进一步的，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜均为抛物面反射镜。

本发明的有益效果在于：本发明成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置，利用汇聚光束对渐变滤光片的光谱特性进行检测；其基准光信号经过准直和汇聚，在线性渐变滤光片的表面进行一次成像，透射出的光信号再经过准直和汇聚，二次成像在检测模块中，这种检测装置采用汇聚光的形式对线性渐变滤光片的光谱特性进行评估，而且入射到一次像面的像方孔径角与实际应用条件一致，用来对成像光谱仪中的线性渐变滤光片进行检测更加严谨、科学；通过对线性渐变滤光片表面的单点测量和多点扫描，可以精确的得出线性渐变滤光片的各区域的光谱特性。这种检测方式更接近于线性渐变滤光片在成像光谱仪中的使用状态，检测结果对于线性渐变滤光片的光谱特性评价更具说服力。

附图说明

图1为本发明背景技术中的检测装置示意图；

图2为本发明一个实施例的线性渐变滤光片检测装置立体图；

图3为本发明一个实施例的线性渐变滤光片检测装置俯视图；

图4为本发明一个实施例的线性渐变滤光片单点光谱特性示意图。

1、光阑组件；2、第三反射镜；3、线性渐变滤光片；4、精密位移台；5、第二反射镜；6、白光光源；7、第一反射镜；8、斩波器；9、第四反射镜；10、光电倍增管；11、单色仪；12、锁相放大器；20、卤钨灯光源；21、平行光管；22、微动位移平台；23、待测滤光片；24、FieldSpec 4光谱仪。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

术语解释：

滤光片：滤光片是在玻璃基材表面通过某种手段镀制一种光学薄膜，用来衰减光束中的某些特定的光波段，通过改变滤光片的结构和膜层的光学参数，可以精确选择小范围波段光波通过，从而获得各种光谱特性，使滤光片可以控制、调整和改变光波的透射、反射、偏振或相位状态。

线性渐变滤光片：线性渐变滤光片是一种常用于快速分光的光学薄膜器件，具有小型化、质量轻、稳定性高等优点。它与一般滤光片不同，中心波长会沿着其厚度变化方向呈线性变化，这使得光谱特性随位置而线性变化，具有接近连续的光谱通道。

成像光谱仪：成像光谱仪是一种以光探测器测量谱线不同波长位置能量强度的装置，可以得到波段宽度很窄的多波段图像数据，所以它多用于地物的光谱分析与识别上，其构造一般包括汇聚镜头、狭缝、色散系统、成像镜头和光探测器。

实施例：

成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置，包括白色光源6、第一反射镜7、第二反射镜5、线性渐变滤光片3、第三反射镜2、光阑组件1、第四反射镜9、检测模块；

白色光源6发射基准光，本实施例中的白色光源为激光；第一反射镜7、第二反射镜5、第三反射镜2、第四反射镜9均为抛物面反射镜。

检测模块包括单色仪11、设置在单色仪出射狭缝处的光电倍增器、与光电倍增器连接的锁相放大器12。

第二反射镜和线性渐变滤光片之间设置斩波器8，用于将连续基准光调成固定频率的光。第三反射镜2和第四反射镜9之间还设置光阑组件1，用于控制基准光的通过量。

将斩波器、光阑组件分别设置在一次成像前的汇聚光路中和二次成像前的准直光路中，能够实现对系统中微弱信号进行检测，同时对干扰信号进行抑制，提高检测结果的信噪比。

基准光经过所述第一反射镜7准直后，反射至第二反射镜5，经第二反射镜5汇聚后，在线性渐变滤光片3的入射狭缝处第一次成像；入射到一次像面的像方孔径角与线性渐变滤光片的实际应用条件一致。

透射过所述线性渐变滤光片3的基准光通过斩波器8后，经所述第三反射镜2准直后，穿过光阑组件1并反射至第四反射镜9，经第四反射镜9汇聚后，在单色仪11的入射狭缝处第二次成像；基准光经单色仪11分光后，由单色仪11的出射狭缝经光电倍增管10输出到锁相放大器12中，从而得到线性渐变滤光片的单点检测光谱特性。

所述线性渐变滤光片3的非基准光穿过面的一端面与精密位移台4连接，所述精密位移台4用于调整线性渐变滤光片3的位置，实现对线性渐变滤光片3的多点扫描测量，得出线性渐变滤光片3的光谱特性分布规律。

测量过程中通过单色仪11对入射光以0.1Δλ(Δλ为光谱分辨率)步长进行扫描获得线性渐变滤光片待测面的单点光谱特性(中心波长及光谱分辨率)如图4所示。完成线性渐变滤光片待测面的单点测量后，通过精密位移台4调整其位置，实现对线性渐变滤光片待测表面的多点扫描测量，最终得出线性渐变滤光片的光谱特性分布规律。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置，其特征在于，包括白色光源(6)、第一反射镜(7)、第二反射镜(5)、线性渐变滤光片(3)、第三反射镜(2)、光阑组件(1)、第四反射镜(9)、精密位移台(4)、检测模块；

所述白色光源(6)发射基准光，

所述基准光经所述第一反射镜(7)准直，再经第二反射镜(5)汇聚后，入射到线性渐变滤光片的入射狭缝处，在线性渐变滤光片(3)的待测表面第一次成像；

透射过所述线性渐变滤光片(3)的基准光经所述第三反射镜(2)准直，再经第四反射镜(9)汇聚后，在所述检测模块上第二次成像并输出线性渐变滤光片的单点检测光谱特性；

所述精密位移台(4)与线性渐变滤光片(3)连接，用于调整线性渐变滤光片(3)的位置，实现对线性渐变滤光片(3)的多点扫描测量，得出线性渐变滤光片(3)的光谱特性分布规律。

2.如权利要求1所述的成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置，其特征在于，所述第二反射镜(5)和线性渐变滤光(3)片之间设置斩波器(8)，用于将连续基准光调成固定频率的光。

3.如权利要求1所述的成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置，其特征在于，所述第三反射镜(2)和第四反射镜(9)之间设置光阑组件(1)，用于控制基准光的通过量。

4.如权利要求1所述的成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置，其特征在于，所述的检测模块包括单色仪(11)、光电倍增管(10)、锁相放大器(12)，

所述光电倍增管(10)连接在单色仪(11)的出射狭缝处，

所述锁相放大器(12)与光电倍增管(10)连接，

所述基准光经过第四反射镜(9)汇聚后，在所述单色仪(11)的入射狭缝处第二次成像；

进入到所述单色仪(11)的基准光经过单色仪(11)分光后，由单色仪(11)的出射狭缝经光电倍增管(10)输出到锁相放大器(12)中。

5.如权利要求1所述的成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置，其特征在于，所述白色光源(6)为激光。

6.如权利要求1所述的成像光谱仪的线性渐变滤光片检测装置，其特征在于，所述第一反射镜(7)、第二反射镜(5)、第三反射镜(2)、第四反射镜(9)均为抛物面反射镜。