高稳定度干涉成像光谱仪的成像方法及实现该方法的光谱仪技术

一种高稳定度干涉成像光谱仪的成像方法及实现该方法的光谱仪，其准直透镜将来自目标的光转换成平行光束，经分束器后分为反射光束Ｉ↓［Ｆ］和透射光束Ｉ↓［Ｔ］。反射光束Ｉ↓［Ｆ］经转镜和角反射器多次反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚到探测器，形成第一束光的光程。透射光束Ｉ↓［Ｔ］经角反射器和分束器多次反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚到探测器，形成第二束光的光程。两束光到达探测器时产生光程差，在探测器上产生干涉光谱图。干涉光谱图经计算机处理系统傅立叶变换，得到复原的目标图像。本发明专利技术解决了背景技术只能对单象素取样，或系统结构复杂、稳定性差等技术问题，其装校工作量小，信号噪声降低，实时性好，尤适于大面积扫描。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种快速获得目标干涉光谱的动镜式干涉成像方法及实现该方法的光谱仪，具体涉及一种高稳定度干涉成像光谱仪的成像方法及实现该方法的光谱仪。
技术介绍
较早的成像光谱仪有法国太空空间与战略系统分部于1991年研制出的迈克尔逊干涉型时间调制空间成像傅里叶变换光谱仪D Simenoni.New concept forhigh-compact imaging Fourier transform spectrometer(IFTS).SPIE，1991，1479127-138.，美国罗伦斯利物摩尔实验室于1995年研制出的迈克尔逊干涉型时间调制空间成像傅里叶变换光谱仪Michael R Carter，Charles L Bennett，DavidJ Fields，et al.Live more imaging Fourier transform spectrometer.SPIE，1995，2480380-386.。其采用线性往复扫描方式，每次扫描结束时必须转向，待稳定后再采集数据。所以，采集数据时必须通过一束参考激光提供相应的相干采样图谱。扫描速度通过伺服系统控制，并在转向时提供逆程扫描，随着扫描频率、速度的增加，往返时间成为总扫描时间的重要部分。为了得到精确的采样干涉图，伺服系统所需的带宽急剧增加。而随着扫描速度的增加，分辨率会受上述因素的制约。由于往返时间成为总扫描时间的重要部分，占空比会因伺服系统功率、扫描器件尺寸大小、扫描器件重量及系统稳定时间的制约而降低。例如，在360次/秒扫描、单次扫描时间为2.8毫秒的扫描频率下极难实现往复扫描。1-2毫秒的返程与稳定时间会将占空比降低至33-50％。在重复频率很高的情况下，将制约对分辨率有影响的扫描长度。因此，迈克尔逊干涉型时间调制空间成像傅里叶变换光谱仪稳定性差，工艺复杂，只适用于空间和光谱时间变化较慢的目标。转镜干涉光谱成像是变形的时间调制型迈可尔逊干涉技术J.Peter Dybward，et.al.“New Interferometer Design Concept”，STC Technical Report 2637，Science and Technology Corp，Hampton，VA，under contract#DAAA15-89-D-007，US Army CRDEC，APG，MD，8/92.，该技术在扫描过程中有空扫。即转镜旋转时仅在一定角度内可获得干涉光谱图，而在其他角度为空扫。工作效率低，且只能对单象素取样，即只能对点目标扫描，只能应用于一个角度光线的扫描。一种超高速扫描傅立叶变化红外光谱测定法Peter R.Griffiths，Blayne L.Hirsche，Christopher J.Manning.Ultra-rapid-scanning Fourier transforminfared spectrometry.Vibrational Spectroscopy 19(1999)165-176.，虽解决了转镜空扫的问题，但仍只能对单象素取样。如果要获得线目标或者面目标的干涉图谱，就必须在系统前部附加一个前置扫描系统，实现对目标每个点的逐个扫描，最后集合而获得整个目标的干涉图谱。存在的缺陷是系统结构复杂，体积较大，重量重。由于实时性差，不仅影响光谱图的质量，且扫描时间长，扫描速度低，分辨率低，适用的工作范围也较窄。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高稳定度干涉成像光谱仪的成像方法及实现该方法的光谱仪，其解决了
技术介绍
中只能对单象素取样、工作效率低，或系统结构复杂、扫描速度低、稳定性差的技术问题。本专利技术的技术解决方案是一种高稳定度干涉成像光谱仪的成像方法，其特殊之处在于该方法的实现步骤包括1)准直透镜1将来自目标的光束转换成平行光束；2)分束器2将平行光束分为反射光束IF和透射光束IT；其中(i)被分束器2分出的反射光束IF①.经转镜3反射到角反射器5，角反射器5把入射的光沿与入射方向平行的方向反射回转镜3；②.转镜3将光反射回分束器2；③.反射回分束器2的光再次被分为反射光束IFF和透射光束IFT；④.透射光束IFT透过分束器2到达傅立叶透镜7，被位于傅立叶透镜7焦面上的探测器8接收，形成第一束光的光程；(ii)被分束器2分出的透射光束IT①.被角反射器6按与入射方向平行的方向反射回分束器2；②.反射回分束器2的光再次被分为反射光束ITF和透射光束ITT；③.反射光束ITF，通过傅立叶透镜7，被位于傅立叶透镜7焦面上的探测器8接收，形成第二束光的光程；3)第一束光的光程与第二束光的光程产生光程差，成为两束相干光，在探测器8上产生干涉光谱图；4)干涉光谱图经计算机处理系统11进行傅立叶变换，得到复原的目标图像。一种实现上述高稳定度干涉成像光谱仪的成像方法的光谱仪，包括傅立叶透镜7，位于傅立叶透镜7的焦面上的探测器8，与探测器8相连接的计算机处理系统11，设置于前置光学系统10主光轴上的准直透镜1，设置于准直透镜1轴线OO′上的分束器2，其特殊之处在于它还包括转镜3和角反射器5-6；所述转镜3的初始位置和角反射器5-6的位置应满足当转镜3在某一位置定位时，1)主光轴上的光被分束器2第一次分出的反射光束IF为第一束光；其经转镜3和角反射器5反射，再回到分束器2，被分束器2分为反射光束IFF和透射光束IFT，透射光束IFT通过傅立叶透镜7到达探测器8的光程形成第一束光的光程；2)主光轴上的光被分束器2第一次分出的透射光束IT为第二束光；其到达角反射器6，经角反射器6和分束器2多次反射，再回到分束器2，被分束器2分为反射光束ITF和透射光束ITT，反射光束ITF通过傅立叶透镜7到达探测器8的光程形成第二束光的光程；3)第一束光再回到分束器2的交点与第二束光再回到分束器2的交点相重合；4)第一束光被分束器2再次分出的透射光束IFT和第二束被分束器2再次分出的反射光束ITF光路重合；5)第一束光的光程与第二束光的光程相等；所述傅立叶透镜7的光轴位于第一束光的透射光束IFT与第二束光的反射光束ITF相重合的光路上；所述的分束器2位于既能接收到通过准直透镜1的初始入射光、又能接收到经转镜3和角反射器5反射回的反射光、且在准直透镜1轴线OO′上的部位。上述探测器8以采用红外探测器为宜。上述转镜3以由圆柱体的斜端面构成为宜。本专利技术具有以下优点1.可实现高频扫描，且稳定性好。采用转镜式动镜，系统运行连续，当扫描速度很高时，由于惯性的作用，旋转伺服系统仍能保持较好的稳定性。2.抗干扰能力强。由于获得干涉图的时间极短，系统对振动敏感的程度低，机械振动频率一般对光谱图的质量无影响。3.角反射器与转镜匹配形成的光路具有自补偿特性，从而使本专利技术具有较好的抗干扰性。4.扫描效率高。转镜以一个圆柱体的具有一定倾斜度的端面作为反射面，在电机的带动下转动，无空扫现象，扫描效率高。5.可实现线目标或面目标的直接扫描。采用角反射镜，不仅能扫描主光轴光线，还可扫描具有一定角度的光线，即可对线目标或面目标直接进行扫描，缩短了扫描时间，进一步提高了扫描效率和光谱图的质量。6.实时性好，分辨率高，工作范围宽。尤适用于对较大目标的大面积扫描。7.功耗低，所需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高稳定度干涉成像光谱仪的成像方法，其特征在于：该方法包括以下步骤１）准直透镜（１）将来自目标的光束转换成平行光束；２）分束器（２）将平行光束分为反射光束Ｉ↓［Ｆ］和透射光束Ｉ↓［Ｔ］；其中（ｉ）被分束器（２）分出 的反射光束Ｉ↓［Ｆ］①．经转镜（３）反射到角反射器（５），角反射器（５）把入射的光沿与入射方向平行的方向反射回转镜（３）；②．转镜（３）将光反射回分束器（２）；③．反射回分束器（２）的光再次被分为反射光束Ｉ↓［ＦＦ］ 和透射光束Ｉ↓［ＦＴ］；④．透射光束Ｉ↓［ＦＴ］透过分束器（２）到达傅立叶透镜（７），被位于傅立叶透镜（７）焦面上的探测器（８）接收，形成第一束光的光程；（ｉｉ）被分束器（２）分出的透射光束Ｉ↓［Ｔ］①．被角反射器（ ６）按与入射方向平行的方向反射回分束器（２）；②．反射回分束器（２）的光再次被分为反射光束Ｉ↓［ＴＦ］和透射光束Ｉ↓［ＴＴ］；③．反射光束Ｉ↓［ＴＦ］，通过傅立叶透镜（７），被位于傅立叶透镜（７）焦面上的探测器（８）接收，形 成第二束光的光程；３）第一束光的光程与第二束光的光程产生光程差，成为两束相干光，在探测器（８）上产生干涉光谱图；４）干涉光谱图经计算机处理系统（１１）进行傅立叶变换，得到复原的目标图像。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文喜，相里斌，袁艳，黄旻，苏丽娟，陶然，
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：87[中国|西安]