CN207675307U - 基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置 - Google Patents
基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN207675307U CN207675307U CN201721391276.2U CN201721391276U CN207675307U CN 207675307 U CN207675307 U CN 207675307U CN 201721391276 U CN201721391276 U CN 201721391276U CN 207675307 U CN207675307 U CN 207675307U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light beam
- rectangular raster
- collimated light
- optical
- image
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置，包括沿光路依次放置的前端光学***、滤光片、双矩形光栅剪切器、后端成像物镜、面阵探测器和信号处理***。探测目标各点的光束进入前端光学***，形成准直光束；准直光束经过滤光片，探测波段内光束随后进入双矩形光栅剪切器，准直光束被横向色散剪切；随后剪切光束经过后端成像物镜成像在面阵探测器的靶面上，获取携带有干涉条纹的目标场景的二维图像；通过旋转双矩形光栅剪切器或者整个***获取目标场景中各点的干涉条纹，信号处理***通过傅里叶变换等数学运算处理得到特定谱段内高分辨率的光谱信号。本实用新型结构简单、紧凑、体积小。
Description
技术领域
本发明属于光学探测领域，具体涉及一种基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置。
背景技术
干涉型成像光谱仪通过探测目标场景各点的干涉条纹重构光谱信息，具有多通道、高通量的优点，尤其适合于红外波段光谱探测。干涉光谱技术利用光谱数据和其干涉信号之间傅里叶变换关系，通过探测干涉信号反演光谱信息。根据傅里叶变换的特性，要提高复原光谱的分辨率，必须增加干涉条纹的光程差，干涉成像光谱仪需要增加推扫的行程，会增加仪器设计的复杂度，增加采集术数据冗余度。
上世纪90年出现的空间外差光谱技术，将干涉光谱技术和色散光栅结合，在不增加干涉条纹长度的前提下能够获取高分辨率的光谱信息。但是空间外差光谱技术无法对目标进行成像探测，只适合于点光源探测；且点光源光束经过干涉***后扩展为面阵光直接投射到面阵探测上，导致探测器获取的光通量较低，降低了***的信噪比，对于弱辐射目标，特别是天文目标的光谱探测，将增加探测器响应灵敏度的负担。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置，能够获取高信噪比的目标场景的干涉条纹，并能获取高分辨率的光谱信息，扩展干涉成像光谱仪的应用领域。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置，包括沿光路方向依次放置的前端光学***、滤光片、双矩形光栅剪切器、后端成像物镜、面阵探测器和信号处理***；其中，前端光学***包括沿光路方向依次设置的前置成像物镜、视场光阑和准直物镜，前置成像物镜的像面和准直物镜的前焦面重合，视场光阑位于准直物镜的前焦面；双矩形光栅剪切器由垂直于光轴的第一矩形光栅和第二矩形光栅组成，第一矩形光栅和第二矩形光栅平行，且第一矩形光栅和第二矩形光栅的刻线方向相同；面阵探测器的靶面位于后端成像物镜的后焦面上；信号处理***与探测器相连；所有光学元件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高。
光路走向如下：探测目标发射或者反射的光通过前置成像物镜成像在其像面上，由视场光阑确定探测视场范围并消除杂散光，随后经过准直物镜，形成准直光束；前端光学***形成的准直光束经过滤光片，消除其它波段光束，只允许探测波段光束经过滤光片；随后探测波段的平行光束经过第一矩形光栅，在±1衍射级生成两束不同衍射角的平行光束，随后±1衍射平行光束经过第二矩形光栅后形成同一视场角的两束平行光束，两束平行光束之间存在横向剪切，随后剪切光束经过后端成像物镜成像在面阵探测器的靶面上；面阵探测器将光信号转化为电信号，电信号进入信号处理***。
所述第一矩形光栅的占空比为0.5；对探测谱段中心波长的光束正入射时，其相位延迟量为π或者3π；第二矩形光栅的参数规格与第一矩形光栅的参数规格相同。
一种基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置的探测方法，包含以下步骤：
第一步，探测目标发射或者反射的光通过前置成像物镜成像在其像面上，由视场光阑确定探测视场范围并消除杂散光，随后经过准直物镜，形成准直光束；
第二步，前端光学***形成的准直光束经过滤光片，消除其它波段光束，只允许探测波段光束经过滤光片；
第三步：经过滤光片的平行光束经过第一矩形光栅，在±1衍射级生成两束不同衍射角的平行光束，随后±1衍射平行光束经过第二矩形光栅后形成同一视场角的两束平行光束，两束平行光束之间存在横向剪切，横向剪切量的大小与光束波长相关；
第四步：经过双矩形光栅剪切器横向剪切的两束平行光经过后端成像物镜成像到面阵探测器的靶面上，并引入随波长变换的光程差，在探测器靶面上得到携带有干涉条纹的目标场景图像，干涉条纹光程差方向与第一矩形光栅的刻线方向垂直，通过旋转双矩形光栅剪切器或者旋转整套***对探测目标进行推扫可以获取目标各点不同光程差下的携带有干涉信息的目标干涉图像，并转化成电信号进入信号处理***；
第五步，信号处理***从收到的电信号中提取目标各点不同光程差下的干涉数据，对干涉数据进行傅里叶变换等处理后，得到探测目标的光谱数据立方体，从而得到目标各点的高分辨率光谱信息及各个谱段的二维图像信息。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)能够获取探测谱段内高分辨率的光谱信息；(2)***内部无狭缝，具有高光通量、高空间法分辨率的优点； (3)***结构简单、紧凑，体积小。
附图说明
图1为本发明基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置的结构示意图。
图2为本发明的第一矩形光栅结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1和图2，一种基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置，包括沿光路方向依次放置的前端光学***1、滤光片2、双矩形光栅剪切器3、后端成像物镜4、面阵探测器5和信号处理***6；其中，前端光学***1包括沿光路方向依次设置的前置成像物镜11、视场光阑12和准直物镜13，前置成像物镜 11的像面和准直物镜13的前焦面重合，视场光阑12位于准直物镜13的前焦面；双矩形光栅剪切器3由垂直于光轴的第一矩形光栅31和第二矩形光栅32组成，第一矩形光栅31和第二矩形光栅32平行，且第一矩形光栅31和第二矩形光栅32的刻线方向相同；面阵探测器5的靶面位于后端成像物镜4的后焦面上；信号处理***6与探测器5相连；所有光学元件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高。
光路走向如下：探测目标发射或者反射的光通过前置成像物镜11成像在其像面上，由视场光阑12确定探测视场范围并消除杂散光，随后经过准直物镜13，形成准直光束；前端光学***1形成的准直光束经过滤光片2，消除其它波段光束，只允许探测波段光束经过滤光片2；随后探测波段的平行光束经过第一矩形光栅31，在±1衍射级生成两束不同衍射角的平行光束，随后±1衍射平行光束经过第二矩形光栅32后形成同一视场角的两束平行光束，两束平行光束之间存在横向剪切，随后剪切光束经过后端成像物镜4成像在面阵探测器5的靶面上；面阵探测器5将光信号转化为电信号，电信号进入信号处理***6。
信号处理***6从收到的电信号中提取目标各点不同光程差下的干涉数据，对干涉数据进行傅里叶变换等处理后，得到探测目标的光谱数据立方体，从而得到目标各点的高分辨率光谱信息及各个谱段的二维图像信息。
一种基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置的探测方法，实现步骤为：
第一步，探测目标发射或者反射的光通过前置成像物镜11成像在其像面上，由视场光阑12确定探测视场范围并消除杂散光，随后经过准直物镜13，形成准直光束；
第二步，前端光学***1形成的准直光束经过滤光片2，消除其它波段光束，只允许探测波段光束经过滤光片2。
第三步：经过滤光片2的平行光束经过第一矩形光栅31，在±1衍射级生成两束不同衍射角的平行光束，随后±1衍射平行光束经过第二矩形光栅32后形成同一视场角的两束平行光束，两束平行光束之间存在横向剪切，横向剪切量的大小与光束波长相关。
第四步：经过双矩形光栅剪切器3横向剪切的两束平行光经过后端成像物镜 4成像到面阵探测器5的靶面上，并引入随波长变换的光程差，在探测器靶面上得到携带有干涉条纹的目标场景图像，干涉条纹光程差方向与第一矩形光栅31 的刻线方向垂直。通过旋转双矩形光栅剪切器3或者旋转整套***对探测目标进行推扫可以获取目标各点不同光程差下的携带有干涉信息的目标干涉图像，并转化成电信号进入信号处理***6；
第五步，信号处理***6从收到的电信号中提取目标各点不同光程差下的干涉数据，对干涉数据进行傅里叶变换等处理后，得到探测目标的光谱数据立方体，从而得到目标各点的高分辨率光谱信息及各个谱段的二维图像信息。
结合图2，本发明中第一矩形光栅31的占空比为0.5，即a/b＝0.5，a是矩形光栅的台阶宽度，b是矩形光栅的光栅常数。对探测谱段中心波长的光束正入射时，其相位延迟量为π或者3π；第二矩形光栅32的参数规格与第一矩形光栅 31的参数规格相同。
基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置探测器之前器件为全光器件，无声光、电光调制，方法简单实用；装置结构紧凑、体积小；无入射狭缝，具有高目标分辨率、高通量的优点；在不增加推扫行程条件下，通过改变第一矩形光栅 31和第二矩形光栅32的参数，能够获取探测目标各点高分辨率的光谱信息。
Claims (3)
1.一种基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置，其特征在于：包括沿光路方向依次放置的前端光学***(1)、滤光片(2)、双矩形光栅剪切器(3)、后端成像物镜(4)、面阵探测器(5)和信号处理***(6)；其中，前端光学***(1)包括沿光路方向依次设置的前置成像物镜(11)、视场光阑(12)和准直物镜(13)，前置成像物镜(11)的像面和准直物镜(13)的前焦面重合，视场光阑(12)位于准直物镜(13)的前焦面；双矩形光栅剪切器(3)由垂直于光轴的第一矩形光栅(31)和第二矩形光栅(32)组成，第一矩形光栅(31)和第二矩形光栅(32)平行，且第一矩形光栅(31)和第二矩形光栅(32)的刻线方向相同；面阵探测器(5)的靶面位于后端成像物镜(4)的后焦面上；信号处理***(6)与探测器(5)相连；所有光学元件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高。
2.根据权利要求1所述的基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置，其特征在于，光路走向如下：探测目标发射或者反射的光通过前置成像物镜(11)成像在其像面上，由视场光阑(12)确定探测视场范围并消除杂散光，随后经过准直物镜(13)，形成准直光束；前端光学***(1)形成的准直光束经过滤光片(2)，消除其它波段光束，只允许探测波段光束经过滤光片(2)；随后探测波段的平行光束经过第一矩形光栅(31)，在±1衍射级生成两束不同衍射角的平行光束，随后±1衍射平行光束经过第二矩形光栅(32)后形成同一视场角的两束平行光束，两束平行光束之间存在横向剪切，随后剪切光束经过后端成像物镜(4)成像在面阵探测器(5)的靶面上；面阵探测器(5)将光信号转化为电信号，电信号进入信号处理***(6)。
3.根据权利要求1所述的基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置，其特征在于：所述第一矩形光栅(31)的占空比为0.5；对探测谱段中心波长的光束正入射时，其相位延迟量为π或者3π；第二矩形光栅(32)的参数规格与第一矩形光栅(31)的参数规格相同。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721391276.2U CN207675307U (zh) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721391276.2U CN207675307U (zh) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207675307U true CN207675307U (zh) | 2018-07-31 |
Family
ID=62964748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201721391276.2U Expired - Fee Related CN207675307U (zh) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207675307U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107748009A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-03-02 | 邱卓然 | 基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置及其探测方法 |
| CN109669270A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-23 | 贝耐特光学科技（昆山）有限公司 | 一种光谱选择装置及光学设备 |
| CN112198579A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-01-08 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种天光背景噪声抑制器、光学搜索望远镜及星敏感器 |
| CN113946034A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-01-18 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种宽带手性光谱分析和大视场成像***和设计方法 |
-
2017
- 2017-10-26 CN CN201721391276.2U patent/CN207675307U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107748009A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-03-02 | 邱卓然 | 基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置及其探测方法 |
| CN109669270A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-23 | 贝耐特光学科技（昆山）有限公司 | 一种光谱选择装置及光学设备 |
| CN112198579A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-01-08 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种天光背景噪声抑制器、光学搜索望远镜及星敏感器 |
| CN112198579B (zh) * | 2020-11-11 | 2021-06-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种天光背景噪声抑制器、光学搜索望远镜及星敏感器 |
| CN113946034A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-01-18 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种宽带手性光谱分析和大视场成像***和设计方法 |
| CN113946034B (zh) * | 2021-11-08 | 2023-09-19 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种宽带手性光谱分析和大视场成像***和设计方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN207675307U (zh) | 基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置 | |
| CN103063304B (zh) | 色散剪切像面干涉超光谱成像装置及方法 | |
| US10612975B2 (en) | Gas visualizing methods and systems with birefringent polarization interferometer | |
| CN103033265A (zh) | 空间外差干涉超光谱成像装置及方法 | |
| US9239263B2 (en) | Image mapped spectropolarimetry | |
| CN103076092B (zh) | 一种提高光谱分辨率的干涉成像光谱装置及方法 | |
| CN103424190B (zh) | 双楔板色散剪切干涉超光谱成像装置及方法 | |
| CN103868596B (zh) | 一种大孔径空间外差干涉光谱成像方法及光谱仪 | |
| CN103940514B (zh) | 一种宽波段近景紫外成像光谱装置 | |
| CN106537104A (zh) | 用于光束表征的设备和方法 | |
| CN104748855B (zh) | 双通道高通量干涉成像光谱装置及方法 | |
| JP2020529602A (ja) | 符号化開口スペクトル画像解析装置 | |
| CN113790798B (zh) | 动态点目标跟踪测量用无缝光谱成像装置、***及方法 | |
| CN103063307A (zh) | 像面干涉高光谱显微成像装置和方法 | |
| CN107748009A (zh) | 基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置及其探测方法 | |
| CN103913234A (zh) | 基于多级微反射镜的傅里叶变换红外成像光谱仪 | |
| CN104568151B (zh) | 一种基于对称楔形干涉腔的高光谱全偏振成像装置及方法 | |
| CN109405972A (zh) | 一种高光谱偏振成像*** | |
| CN105823558A (zh) | 变间隙法布里-珀罗干涉式长波红外双模光谱成像*** | |
| CN100510662C (zh) | 空间调制干涉型计算层析成像光谱仪 | |
| CN109781260B (zh) | 超紧凑型快照式偏振光谱成像探测装置及探测方法 | |
| CN108931298B (zh) | 一种紧凑型高通量高稳定性干涉成像光谱仪 | |
| US7034945B2 (en) | Fourier transform spectrometry with a multi-aperture interferometer | |
| CN103913231B (zh) | 基于轻型分束器的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪 | |
| CN1837763A (zh) | 采用菲涅尔双面镜的全反射式傅立叶变换成像光谱仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180731 Termination date: 20201026 |