基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光谱成像装置，特别涉及一种基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置，解决了现有基于静态干涉分光原理的高光谱成像装置在宽波段探测时，不同谱段间会引入明显波长分辨率差异的问题。该装置特殊之处在于：包括沿光路依次设置的前置成像物镜、光阑、准直物镜、双谱段叠层干涉模块、液晶偏振开关、后置成像物镜及面阵探测器；双谱段叠层干涉模块包括偏振分光棱镜BS、设在偏振分光棱镜BS反射光路的短波剪切器及设在偏振分光棱镜BS透射光路的长波剪切器；液晶偏振开关包括沿光路依次设置的铁电液晶FLC和线偏振器P。在光谱通道数量不变的情况下，本发明专利技术不但可以提升长波光谱精细程度，而且可以提升短波信噪比，进而提高光谱复原精度。

Hyperspectral imaging device based on bispectral stack interference

【技术实现步骤摘要】
基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置
本专利技术涉及一种光谱成像装置，特别涉及一种基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置。
技术介绍
光谱信息是目标物质的重要光学参量，反映了目标的物质材料组成，被认为是目标介质的“光学指纹谱”。利用宽波段、高光谱分辨率的成像技术对目标进行精细化的光谱测量，是目标成分分析与识别的重要途径之一，在对地遥感、环境监测、深空探测等光学遥感领域具有重要应用价值。基于静态干涉分光原理的高光谱成像技术能够获取探测目标二维空间结构上每一点的光谱信息，具有高通量、高分辨率、高稳定性的优点，逐渐发展成为一项极具潜力的精细光谱测量手段。现有的基于静态干涉分光原理的高光谱成像装置，大多采用的是单一的干涉通道，由于其光谱信息复原基于经典傅里叶变换原理，因此，在宽波段探测时，不同谱段之间会引入明显的波长分辨率差异。引入明显的波长分辨率差异，一方面，在光谱通道数确定的情况下，会导致各谱段能量分布不均，从而导致长波光谱精细程度和短波信噪比难以提高；另一方面，与用于定标和对比的光谱分辨率描述方式不同，降低了光谱定标精度；因此，影响光谱复原精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置，以解决现有基于静态干涉分光原理的高光谱成像装置在宽波段探测时，不同谱段之间会引入明显的波长分辨率差异的技术问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置，其特殊之处在于：包括沿光路依次设置的前置成像物镜、光阑、准直物镜、双谱段叠层干涉模块、液晶偏振开关、后置成像物镜以及面阵探测器；所述双谱段叠层干涉模块包括偏振分光棱镜BS、短波剪切器以及长波剪切器；所述短波剪切器设置在偏振分光棱镜BS的反射光路方向；所述长波剪切器设置在偏振分光棱镜BS的透射光路方向；所述短波剪切器包括沿光路依次设置的第一滤光片F1、第一半波片HP1、第一沃拉斯顿棱镜WP1以及第一角锥棱镜R1；所述长波剪切器包括沿光路依次设置的第二滤光片F2、第二半波片HP2、第二沃拉斯顿棱镜WP2以及第二角锥棱镜R2；所述第一滤光片F1和第二滤光片F2均为带通滤光片，其中一个透射短波谱段，截止长波谱段；另一个透射长波谱段，截止短波谱段；所述第一沃拉斯顿棱镜WP1的内部结构角与第二沃拉斯顿棱镜WP2的内部结构角数值，所述第一沃拉斯顿棱镜WP1距离第一角锥棱镜R1的长度与第二沃拉斯顿棱镜WP2距离第二角锥棱镜R2的长度数值，二者中有一组相等或者两组均不相等；所述液晶偏振开关包括沿光路依次设置的铁电液晶FLC和线偏振器P。进一步地，所述第一滤光片F1透射短波谱段，截止长波谱段；所述第二滤光片F2透射长波谱段，截止短波谱段。进一步地，为了缩小波长分辨率差异的效果更好，光谱复原精度更高，所述第一半波片HP1和第二半波片HP2均为消色差半波片；定义：偏振分光棱镜BS的反射光路方向为x轴正向，偏振分光棱镜BS的透射光路方向为z轴正向，x轴与z轴所确定平面的法线方向为y轴方向；则第一半波片HP1的快轴垂直于所述x轴，与所述y轴夹角为22.5°；第二半波片HP2的快轴垂直于z轴，与x轴夹角为22.5°。进一步地，所述第一角锥棱镜R1和第二角锥棱镜R2为实体角锥棱镜或中空角锥棱镜。进一步地，所述铁电液晶FLC工作时相位延迟量等效于所述消色差半波片；所述铁电液晶FLC的控制电压为高电平时，铁电液晶FLC的快轴方向平行于z轴，铁电液晶FLC的控制电压为低电平时，铁电液晶FLC的快轴方向垂直于x轴，与y轴夹角为45°。这样，缩小波长分辨率差异的效果更好，光谱复原精度更高。进一步地，所述线偏振器P为线偏振片或者格兰泰勒棱镜；所述线偏振器P透振方向平行于z轴。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置，利用双谱段叠层干涉模块将探测波段划分为短波谱段和长波谱段，然后通过第一沃拉斯顿棱镜WP1使短波谱段的光程差小一些，通过第二沃拉斯顿棱镜WP2使长波谱段的光程差大一些，针对不同谱段实现不同光程差尺度的干涉调制，缩小了波长分辨率的差异，提高了长波谱段的光谱精细程度和短波谱段的信噪比；同时，本专利技术采用液晶偏振开关，单次扫描可以同步获取两个干涉通道的干涉信号，相比于常规的往复扫描和视场分割方式，具有较高的时间分辨率、空间分辨率和光谱分辨率；因此，本专利技术解决了现有基于静态干涉分光原理的高光谱成像装置在宽波段探测时，不同谱段之间会引入明显的波长分辨率差异的技术问题。本专利技术基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置，采用静态干涉分光原理，内部结构中无狭缝和运动部件，具有高通量、高稳定性和高分辨率的优点，大幅度改善了高光谱成像测量性能。(2)本专利技术的基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置，优选地第一半波片HP1和第二半波片HP2均为消色差半波片；第一半波片HP1的快轴垂直于所述x轴，与所述y轴夹角为22.5°；第二半波片HP2的快轴垂直于z轴，与x轴夹角为22.5°；这样，缩小波长分辨率差异的效果更好，光谱复原精度更高。附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图。图中各标号的说明如下：1-前置成像物镜，2-光阑，3-准直物镜，4-双谱段叠层干涉模块，5-液晶偏振开关，6-后置成像物镜，7-面阵探测器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。参见图1，本专利技术基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置，其结构包括：沿光路依次设置的前置成像物镜1、光阑2、准直物镜3、双谱段叠层干涉模块4、液晶偏振开关5、后置成像物镜6以及面阵探测器7。上述双谱段叠层干涉模块4包括偏振分光棱镜BS、短波剪切器以及长波剪切器；短波剪切器设置在偏振分光棱镜BS的反射光路方向；长波剪切器设置在偏振分光棱镜BS的透射光路方向。上述短波剪切器包括沿光路依次设置的第一滤光片F1、第一半波片HP1、第一沃拉斯顿棱镜WP1以及第一角锥棱镜R1；上述长波剪切器包括沿光路依次设置的第二滤光片F2、第二半波片HP2、第二沃拉斯顿棱镜WP2以及第二角锥棱镜R2。上述第一滤光片F1和第二滤光片F2均为带通滤光片，其中一个透射短波谱段，截止长波谱段；另一个透射长波谱段，截止短波谱段。在本实施例中，第一滤光片F1透射短波谱段，截止长波谱段，第二滤光片F2透射长波谱段，截止短波谱段。除了本实施例的设置外，也可以为第一滤光片F1透射长波谱段，截止短波谱段，第二滤光片F2透射短波谱段，截止长波谱段。在本实施例中，为了缩小波长分辨率差异的效果更好，光谱复原精度更高，优选地上述第一半波片HP1和第二半波片HP2均为消色差半波片；定义：偏振分光棱镜BS的反射光路方向为x轴正向，偏振分光棱镜BS的透射光路方向为z轴正向，x轴与z轴所确定平面的法线方向为y轴方向；则第一半波片HP1的快轴垂直于x轴，与y轴夹角为22.5°；第二半波片HP2的快轴垂直于z轴，与x轴夹角为22.5°。上述第一沃拉斯顿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置，其特征在于：/n包括沿光路依次设置的前置成像物镜(1)、光阑(2)、准直物镜(3)、双谱段叠层干涉模块(4)、液晶偏振开关(5)、后置成像物镜(6)以及面阵探测器(7)；/n所述双谱段叠层干涉模块(4)包括偏振分光棱镜BS、短波剪切器以及长波剪切器；所述短波剪切器设置在偏振分光棱镜BS的反射光路方向；所述长波剪切器设置在偏振分光棱镜BS的透射光路方向；/n所述短波剪切器包括沿光路依次设置的第一滤光片F

【技术特征摘要】
1.一种基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置，其特征在于：
包括沿光路依次设置的前置成像物镜(1)、光阑(2)、准直物镜(3)、双谱段叠层干涉模块(4)、液晶偏振开关(5)、后置成像物镜(6)以及面阵探测器(7)；
所述双谱段叠层干涉模块(4)包括偏振分光棱镜BS、短波剪切器以及长波剪切器；所述短波剪切器设置在偏振分光棱镜BS的反射光路方向；所述长波剪切器设置在偏振分光棱镜BS的透射光路方向；
所述短波剪切器包括沿光路依次设置的第一滤光片F1、第一半波片HP1、第一沃拉斯顿棱镜WP1以及第一角锥棱镜R1；所述长波剪切器包括沿光路依次设置的第二滤光片F2、第二半波片HP2、第二沃拉斯顿棱镜WP2以及第二角锥棱镜R2；
所述第一滤光片F1和第二滤光片F2均为带通滤光片，其中一个透射短波谱段，截止长波谱段；另一个透射长波谱段，截止短波谱段；
所述第一沃拉斯顿棱镜WP1的内部结构角与第二沃拉斯顿棱镜WP2的内部结构角数值，所述第一沃拉斯顿棱镜WP1距离第一角锥棱镜R1的长度与第二沃拉斯顿棱镜WP2距离第二角锥棱镜R2的长度数值，二者中有一组相等或者两组均不相等；
所述液晶偏振开关(5)包括沿光路依次设置的铁电液晶FLC和线偏振器P。


2.根据权利要求1所述的基于双谱段叠层干涉的高光谱成像装置，其特征在于：所述第一滤光...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏财勋，范文慧，畅晨光，李立波，胡炳樑，冯玉涛，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61