一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，包括：入射狭缝、准直镜、浸入式光栅、偏振分束器、聚焦透镜和探测器；入射狭缝设置在准直镜前方；浸入式光栅设置在准直镜后方；偏振分束器为p级，每级偏振分束器的数量为2

A Polarized Hyperspectral Imaging Device Based on Immersed Grating

The invention discloses a polarization hyperspectral imaging device based on immersion grating, which includes: incident slit, collimator, immersion grating, polarization beam splitter, focusing lens and detector; incident slit is located in front of collimator; immersion grating is located behind collimator; polarization beam splitter is p class, and the number of polarization beam splitters per stage is 2.

【技术实现步骤摘要】
一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置
本专利技术属于偏振光谱信息
，特别涉及一种基于浸入式光栅(IG光栅，ImmersedGrating)的偏振超光谱成像装置。
技术介绍
目前国内外已研究提出了多种偏振光谱图像信息的获取技术方案，其主要思路是将成像光谱技术与偏振测量技术相结合，而如何实现高分辨、自适应和小型轻量化是其研究重点。成像光谱技术按照分光原理可大致分为滤光型、干涉型、色散型三种，每种类型均有其优缺点及适用范围。基于滤光型的偏振成像光谱仪其光学系统中带有滤光元件，传统的是滤光片轮等，这类方案系统中有运动部件，光谱通道数量较少，光谱分辨率与工作效率较低，且信息非同时获取，不适合光谱与偏振快速变化的探测场合。基于AOTF(Acousto-OpticTunableFilter，声光可调谐滤波器)的偏振光谱技术具有可电调谐、自由选谱段且分辨率较高的优势，但是对于超精细光谱的应用需求而言，其光谱分辨本领相对较低，并且受器件自身因素的约束，光束接收角、系统孔径角很小，一方面导致光能利用率低，另一方面不便于后续光学系统安放。基于干涉型的偏振成像光谱仪，分为空间调制型和时间调制型，空间调制型干涉偏振成像光谱仪因系统中存在光瞳分割或者孔径分割等结构，导致光能被分散，信号强度较弱。傅里叶变换偏振成像光谱仪作为时间调制型干涉偏振成像光谱仪的典范，其光谱分辨率高并且具有很宽的光谱覆盖范围，常应用于多种场合，但是该类光谱仪带有运动部件，动镜精度不易保证；对于运动场景探测会使图像质量下降，获得一个场景的一幅干涉图需要很长时间。以空间色散原理为理论基础的设备，常用的色散元件有棱镜、光栅等。由于光栅具备高分辨率及宽谱段范围(从紫外到红外)的特点，应用于航空航天领域的光谱仪多采用该类分光元件。但是传统的光栅光谱仪需要有大尺寸的光学系统与之匹配，存在高精度和轻量化矛盾的问题。目前的偏振成像光谱设备多种多样，每种方案在具备其独特优势的同时又不可避免的存在诸多问题，亟待解决的是：现有的偏振光谱设备不能同时获取光谱偏振信息、存在运动部件以及高精度和轻量化矛盾的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，以解决现有偏振光谱设备不能同时获取光谱偏振信息、存在运动部件以及高精度和轻量化矛盾的问题。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，包括：入射狭缝、准直镜、浸入式光栅、偏振分束器、聚焦透镜和探测器；入射狭缝设置在准直镜前方，入射光经入射狭缝能够入射入准直镜；浸入式光栅设置在准直镜后方，准直镜的出射光能够射入浸入式光栅；偏振分束器为p级，每级偏振分束器的数量为2p-1个，p的取值范围为大于等于1；第一级偏振分束器设置在浸入式光栅出射光的光路上，浸入式光栅的出射光能够射入第一级偏振分束器；第二至p级中的每个偏振分束器分别对应设置在上一级偏振分束器的每束出射光的光路上，每个偏振分束器均能够接收到一束上一级偏振分束器的出射光；聚焦透镜和探测器的数量均为2p个，第p级偏振分束器中的每个偏振分束器的每束出射光分别经一个聚焦透镜射入一个探测器中，探测器用于收集偏振光的信息。进一步的，还包括：前置光学系统；前置光学系统设置在入射狭缝前方，入射光经前置光学系统射入入射狭缝。进一步的，还包括：入瞳；入射光穿过入瞳后射入前置光学系统。进一步的，入射狭缝的尺寸根据选择的探测器像元尺寸决定，入射狭缝使得像元之间不发生重叠，像元尺寸的0.8～0.9。进一步的，浸入式光栅沿垂直于入射面的方向倾斜设置，倾斜的角度范围为2°～9°。进一步的，浸入式光栅的折射率大于1。进一步的，p的值为1；偏振分束器设置在浸入式光栅出射光的光路上，浸入式光栅的出射光能够射入偏振分束器；偏振分束器的入射平面垂直于浸入式光栅出射光的主光轴设置；偏振分束器的两束垂直的偏振光束分别经过一个聚焦透镜射入一个探测器中。进一步的，偏振分束器为Wollaston棱镜、罗雄棱镜、赛拿蒙棱镜、格兰棱镜或Sarvart板。进一步的，浸入式光栅的出射光垂直射入第一级偏振分束器的入射平面。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，通过浸入式光栅获得不同波段的光束，不需要设置运动部件，可提升探测精确度；浸入式光栅的色散能力较强，只需要较小的体积即可获得较大的分辨率，可解决目前的高精度和轻量化矛盾问题；本专利技术可有效利用目标和背景的光谱、偏振特性差异，显著提高目标探测和场景识别的准确度，探测识别能力更高；通过偏振分束器能够同时获得多束偏振光的信息，适用于光谱与偏振快速变化的探测场合。本专利技术的基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置结合偏振超光谱图像信息的重要应用价值与浸入式光栅的诸多特点与独特优势，集超光谱、偏振和图像多种探测能力于一体，小型轻量且无运动部件；具备高光谱分辨率，可同时获取多个偏振态信息，具有较高光通量、无通道串扰且小型轻量化等优点。本专利技术的成像装置中设置有光栅，可获取光谱信息；又设置有偏振分束器，可获取偏振信息；因此可同时获得偏振光谱信息；现有的一些光谱仪从原理上需要运动部件进行推扫或者调谐等实现光谱信号的采集，光栅式光谱仪不需要运动部件；对于普通的光栅光谱仪，其光谱分辨率是与尺寸正相关的，在实现较高的光谱分辨率的应用中，光栅的尺寸会非常大，而浸入式光栅，在实现相同分辨率的条件下，其线尺寸是普通反射光栅的1/n，体积为1/n∧3，大幅减小色散元件的尺寸，也会使与其配套的前置及后续光学元件尺寸减小，从而实现小型轻量下的高光谱分辨率。进一步的，通过设置前置光学系统和入瞳可优化入射到IG上的光线质量。进一步的，浸入式光栅沿垂直于入射面的方向倾斜设置，入射面为入射光线和法线构成的平面，该倾斜角的目的是分离开入射光与经光栅色散后的出射光，并有足够的空间放置后续光学元件，具体角度因具体结构参数而异。进一步的，偏振分束器为一个，可同时获得系统中振动方向相互垂直的两束线偏振光，分辨本领与自然光一致，不存在通道串扰，结构稳定，光能利用率高。进一步的，所提及的几种偏振分束器均由左右两块子棱镜胶合而成，第一块(即光线首先到达的那块子棱镜)的光轴平行于入射平面的一条边，垂直入射(即正入射)时，入射光垂直于光轴传播，传播过程中不发生偏折，达到胶合面。附图说明图1是一种浸入式光栅的工作结构示意图；图2是本专利技术的一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置的结构示意图；图1至图2中，1基底；2棱镜；3光栅；4前置光学系统；5入射狭缝；6准直镜；7浸入式光栅；8偏振分束器；9聚焦透镜；10探测器；11入瞳。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。请参考图1和图2，本专利技术的一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，包括：前置光学系统4、入射狭缝5、准直镜6、浸入式光栅7、偏振分束器8、聚焦透镜9和探测器10。本专利技术所选用的浸入式光栅7的工作原理如图1所示，包括基底1、棱镜2和光栅3.入射光穿过入瞳11后射入前置光学系统4，入瞳11设置在前置光学系统4处；前置光学系统4设置在入射狭缝5前方，入射光经前置光学系统4射入入射狭缝5。入射狭缝5设置在准直镜6前方，入射光经入射狭缝5能够入射入准直镜6；浸入式光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，其特征在于，包括：入射狭缝(5)、准直镜(6)、浸入式光栅(7)、偏振分束器(8)、聚焦透镜(9)和探测器(10)；入射狭缝(5)设置在准直镜(6)前方，入射光经入射狭缝(5)能够入射入准直镜(6)；浸入式光栅(7)设置在准直镜(6)后方，准直镜(6)的出射光能够射入浸入式光栅(7)；偏振分束器(8)为p级，每级偏振分束器(8)的数量为2p‑1个，p的取值范围为大于等于1；第一级偏振分束器(8)设置在浸入式光栅(7)出射光的光路上，浸入式光栅(7)的出射光能够射入第一级偏振分束器(8)；第二至p级中的每个偏振分束器(8)分别对应设置在上一级偏振分束器(8)的每束出射光的光路上，每个偏振分束器(8)均能够接收到一束上一级偏振分束器(8)的出射光；聚焦透镜(9)和探测器(10)的数量均为2p个，第p级偏振分束器(8)中的每个偏振分束器(8)的每束出射光分别经一个聚焦透镜(9)射入一个探测器(10)中，探测器(10)用于收集偏振光的信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，其特征在于，包括：入射狭缝(5)、准直镜(6)、浸入式光栅(7)、偏振分束器(8)、聚焦透镜(9)和探测器(10)；入射狭缝(5)设置在准直镜(6)前方，入射光经入射狭缝(5)能够入射入准直镜(6)；浸入式光栅(7)设置在准直镜(6)后方，准直镜(6)的出射光能够射入浸入式光栅(7)；偏振分束器(8)为p级，每级偏振分束器(8)的数量为2p-1个，p的取值范围为大于等于1；第一级偏振分束器(8)设置在浸入式光栅(7)出射光的光路上，浸入式光栅(7)的出射光能够射入第一级偏振分束器(8)；第二至p级中的每个偏振分束器(8)分别对应设置在上一级偏振分束器(8)的每束出射光的光路上，每个偏振分束器(8)均能够接收到一束上一级偏振分束器(8)的出射光；聚焦透镜(9)和探测器(10)的数量均为2p个，第p级偏振分束器(8)中的每个偏振分束器(8)的每束出射光分别经一个聚焦透镜(9)射入一个探测器(10)中，探测器(10)用于收集偏振光的信息。2.根据权利要求1所述的一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，其特征在于，还包括：前置光学系统(4)；前置光学系统(4)设置在入射狭缝(5)前方，入射光经前置光学系统(4)射入入射狭缝(5)。3.根据权利要求2所述的一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，其特征在于，还包括：入瞳(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐茜，张淳民，穆廷魁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61