一种基于wollaston棱镜的扫描式成像光谱仪及其成像方法技术

一种基于wollaston棱镜的扫描式成像光谱仪及其成像方法，属于光谱成像技术领域。本发明专利技术的技术特点是：包括依次设置的镜头，起偏器，wollaston棱镜I，半波片HWP，wollaston棱镜II，检偏器，探测器。入射光经过起偏器得到线偏振光，经过棱镜组得到两束分开的光束，再经过检偏器得到两束光在同一方向的振动分量且有一定的光程差。本发明专利技术利用wollaston棱镜组得到存在光程差的两束相干光束，相干光束在探测器上叠加，不同的目标点成像在探测器的不同位置上，不存在动镜，提高了系统的稳定性和抗震性。本发明专利技术省略了前置平行光路，避免了狭缝，光路简单，采用推扫的方式得到某一目标点在不同光程差下的干涉图。

A scanning imaging spectrometer based on Wollaston prism and its imaging method

A scanning imaging spectrometer based on Wollaston prism and its imaging method belong to the field of spectral imaging technology. The technical characteristics of the invention include: a lens set in turn, a polarizer, a Wollaston prism I, a half wave plate HWP, a Wollaston prism II, a polarizer and a detector. The incident light is linearly polarized through the polarizer, and two beams are separated through the prism group. After that, the vibration components of two beams in the same direction are obtained through the polarizer, and there is a certain optical path difference. The invention uses the Wollaston prism group to get two coherent beams with optical path difference. The coherent beam is superimposed on the detector, and different target points are imaged at different positions of the detector. There is no moving mirror, which improves the stability and earthquake resistance of the system. The invention omits the pre parallel optical path, avoids slits and has simple optical path, and obtains an interferogram of a target point under different optical path difference by pushing and sweeping.

【技术实现步骤摘要】
一种基于wollaston棱镜的扫描式成像光谱仪及其成像方法
本专利技术涉及一种成像光谱仪及其成像方法，具体涉及一种基于wollaston棱镜的扫描式成像光谱仪及其成像方法，属于光谱成像

技术介绍
随着航天技术、空间光学、精密机械、图像处理以及数据传输技术的发展，成像光谱技术已成为人们在光电遥感领域中研究和获取目标二维空间信息和一维光谱信息即三维信息的重要手段。成像光谱仪把成像技术和光谱技术结合起来，做到了空间信息和光谱信息的统一，从而实现对目标的识别分析。在军事方面，成像光谱技术对伪装，隐蔽的目标有着很强的探测能力，同时还在科学研究、环境保护及民用等方面有着广阔的发展前景。从干涉图获取方式上来分，目前主流的干涉成像光谱仪可以分为空间调制型，时间调制型。时间调制型干涉光谱仪由于存在动镜的移动，其抗震性和稳定性会大大降低。空间调制型光谱仪由于不存在运动部件，有很好的稳定性，常见的有三角共路(Sagnac)干涉法和双折射干涉法。存在的缺陷是光谱分辨能力有限，光学系统结构相对复杂，需要狭缝，限制了光通量和信噪比。时空联合调制型干涉光谱成像技术结合了空间调制型和时间调制型的特点，在某一时刻可以获得某一目标点的特定光程差的干涉图像，通过扫描可以得到某一目标点在不同光程差下的干涉图像，然后再经过图像处理系统得到光谱信息。系统中不含可动部件，且无狭缝，因此具有高稳定性，高通量的优点。目前时空联合调制干涉成像光谱技术有一种方案是基于Savart偏光镜的偏振干涉成像技术，原理图如图4所示。系统由前置镜L0，准直镜L1，起偏器G，Savart偏光镜，检偏器A，成像镜L2，探测器CCD和图像处理系统组成，在空间维获得光程差，时间维得到光程差的积累，最后经傅里叶变化得到光谱信息的复原。然而现有的时空联合调制干涉成像光谱仪中由于其系统内添加的前置准直光路部分，增加了成像光谱仪的体积，限制了干涉成像光谱仪的小型化发展。
技术实现思路
在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。鉴于此，为了克服上述技术问题，本专利技术提供了一种基于wollaston棱镜的扫描式成像光谱仪及其成像方法，该设计中没有狭缝和前置准直光路部分，光路简单，而且是点到点的成像关系，能量集中到一个点上，信噪比较高，实现了较大光程差范围内的干涉图的获取。方案一：本专利技术提供了一种基于wollaston棱镜的扫描式成像光谱仪，包括依次设置在同一光路中的透镜、起偏器、wollaston棱镜组I、半波片、wollaston棱镜组II、检偏器和探测器；所述wollaston棱镜组I和wollaston棱镜组II均包括第一光楔和第二光楔，第一光楔和第二光楔胶合成一个方形棱镜；所述wollaston棱镜组I中的第一光楔的光轴在XY平面内，且与X轴正向平行，所述wollaston棱镜组I中的第二光楔的光轴在YZ平面内，所述第一光楔和第二光楔材料为石英时，光轴倾角与Z轴正向成76.5°；所述第一光楔和第二光楔材料为方解石时，光轴倾角与Z轴正向成75°；wollaston棱镜组II中的第一光楔的光轴在XY平面内，且与X轴正向平行，wollaston棱镜组II中的第二光楔的光轴在YZ平面内，所述第一光楔和第二光楔材料为石英时，光轴倾角与Z轴正向成103.5°；所述第一光楔和第二光楔材料为石英时，光轴倾角与Z轴正向成104.8°；所述半波片位于wollaston棱镜组I和wollaston棱镜组II之间，用于改变两束光的偏振方向。进一步地：所述起偏器的偏振化方向在XY平面内且与X、Y轴正向成45°。进一步地：所述检偏器的偏振化方向平行起偏器的偏振化方向。进一步地：所述第一光楔和第二光楔材料为石英时，其楔角为θ＝3.5°，厚度为t＝4.8mm；所述第一光楔和第二光楔材料为方解石时，其楔角为θ＝2°，厚度为t＝3mm。方案二：本专利技术提出的一种基于wollaston棱镜的扫描式成像光谱仪实现的光谱成像方法，具体步骤：物体发出的光经过透镜汇聚，汇聚的光线经过起偏器后变成线偏振光进入wollaston棱镜组I、半波片、wollaston棱镜组II，线偏振光经过wollaston棱镜组后变成两束偏振态正交的光，然后再经过检偏器后得到两束光沿同一方向的振动分量且有一定光程差；两束相干光束在探测器上相干叠加，所述探测器位于wollaston棱镜组的条纹定位面上，不同的目标点成像在探测器的不同位置上，得到了叠加干涉信息的目标图像；再通过扫描可以得到某一目标点在不同光程差下的干涉图像，经过图像处理系统得到光谱信息。有益效果：本专利技术基于wollaston棱镜的扫描式光谱成像仪，首先利用双折射器件wollaston棱镜组产生光程差，避免了动镜的移动，大大提高了其抗震性和稳定性。省略了前置准直光路，减小了成像光谱仪的体积。同时采用了时空调制的方案，通过扫描得到某一目标点在不同光程差下的干涉图，再经过图像处理系统得到光谱信息，避免了狭缝，提高了信噪比。附图说明图1是一种基于wollaston棱镜的干涉光谱成像仪的结构示意图。图2是一种干涉成像光谱仪的推扫示意图。图3是一种基于wollaston棱镜的扫描式成像光谱仪中wollaston棱镜组的光路分析图。图4是一种视场补偿型Savart偏光镜的偏振干涉光谱成像仪的结构示意图。具体实施方式在下文中将结合附图对本专利技术的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本专利技术公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。实施例1：如附图1所示本实施例提供了一种基于wollaston棱镜的扫描式成像光谱仪，包括依次设置在同一光路中的透镜1、起偏器2、wollaston棱镜组I3、半波片4、wollaston棱镜组II5、检偏器6和探测器7；所述wollaston棱镜组I3和wollaston棱镜组II5均包括第一光楔和第二光楔，第一光楔和第二光楔胶合成一个方形棱镜，材料为石英；所述wollaston棱镜组I3中的第一光楔的光轴在XY平面内，且与X轴正向平行，所述wollaston棱镜组I3中的第二光楔的光轴在YZ平面内，且与Z轴正向成76.5°；wollaston棱镜组II5中的第一光楔的光轴在XY平面内，且与X轴正向平行，wollaston棱镜组II5中的第二光楔的光轴在YZ平面内，且与Z轴正向成103.5°；所述半波片4位于wollaston棱镜组I3和wol本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于wollaston棱镜的扫描式成像光谱仪，其特征在于：包括依次设置在同一光路中的透镜(1)、起偏器(2)、wollaston棱镜组I(3)、半波片(4)、wollaston棱镜组II(5)、检偏器(6)和探测器(7)；所述wollaston棱镜组I(3)和wollaston棱镜组II(5)均包括第一光楔和第二光楔，第一光楔和第二光楔胶合成一个方形棱镜；所述wollaston棱镜组I(3)中的第一光楔的光轴在XY平面内，且与X轴正向平行，所述wollaston棱镜组I(3)中的第二光楔的光轴在YZ平面内，所述第一光楔和第二光楔材料为石英时，光轴倾角与Z轴正向成76.5°；所述第一光楔和第二光楔材料为方解石时，光轴倾角与Z轴正向成75°；wollaston棱镜组II(5)中的第一光楔的光轴在XY平面内，且与X轴正向平行，wollaston棱镜组II(5)中的第二光楔的光轴在YZ平面内，所述第一光楔和第二光楔材料为石英时，光轴倾角与Z轴正向成103.5°；所述第一光楔和第二光楔材料为石英时，光轴倾角与Z轴正向成104.8°；所述半波片(4)位于wollaston棱镜组I(3)和wollaston棱镜组II(5)之间，用于改变两束光的偏振方向。...

【技术特征摘要】
1.一种基于wollaston棱镜的扫描式成像光谱仪，其特征在于：包括依次设置在同一光路中的透镜(1)、起偏器(2)、wollaston棱镜组I(3)、半波片(4)、wollaston棱镜组II(5)、检偏器(6)和探测器(7)；所述wollaston棱镜组I(3)和wollaston棱镜组II(5)均包括第一光楔和第二光楔，第一光楔和第二光楔胶合成一个方形棱镜；所述wollaston棱镜组I(3)中的第一光楔的光轴在XY平面内，且与X轴正向平行，所述wollaston棱镜组I(3)中的第二光楔的光轴在YZ平面内，所述第一光楔和第二光楔材料为石英时，光轴倾角与Z轴正向成76.5°；所述第一光楔和第二光楔材料为方解石时，光轴倾角与Z轴正向成75°；wollaston棱镜组II(5)中的第一光楔的光轴在XY平面内，且与X轴正向平行，wollaston棱镜组II(5)中的第二光楔的光轴在YZ平面内，所述第一光楔和第二光楔材料为石英时，光轴倾角与Z轴正向成103.5°；所述第一光楔和第二光楔材料为石英时，光轴倾角与Z轴正向成104.8°；所述半波片(4)位于wollaston棱镜组I(3)和wollaston棱镜组II(5)之间，用于改变两束光的偏振方向。2.根据权利要求1所述的一种基于wollasto...

【专利技术属性】
技术研发人员：金鹏，张宇，古梦瑶，林杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23