一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的高光譜成像儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的高光譜成像儀，包括前置望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)、單色器、會(huì)聚成像系統(tǒng)、光電接收處理系統(tǒng)和顯示器，所述前置望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)包括主反射鏡和次反射鏡，主反射鏡為凹面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，次反射鏡為凸面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，所述會(huì)聚成像系統(tǒng)包括第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組，所述光電接收處理系統(tǒng)包括第一CCD探測(cè)器、第二CCD探測(cè)器、第三CCD探測(cè)器、第四CCD探測(cè)器和信號(hào)處理器。本發(fā)明基于旋轉(zhuǎn)濾光片原理，使高光譜成像儀具有較高光譜分辨率，較高的光通量，以及較大的光譜測(cè)量范圍，其獲得的光譜影像的光譜寬度是由旋轉(zhuǎn)濾光片的帶寬所確定。
【專利說明】
一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的高光譜成像儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的高光譜成像儀。
【背景技術(shù)】
[0002]高光譜成像儀是一種用來(lái)對(duì)物體的光譜和空間二維信息進(jìn)行采集分析的光學(xué)儀器，應(yīng)用于大氣環(huán)境檢測(cè)、溫室氣體分析、空氣能見度測(cè)量、化學(xué)戰(zhàn)劑檢測(cè)、PM2.5分析等領(lǐng)域。單色器是高光譜成像儀的核心器件，用來(lái)對(duì)物體的光譜信息進(jìn)行分解，以便獲得需要的信息。根據(jù)所用的單色器不同，高光譜成像儀分為幾種類型。
[0003]棱鏡-光柵-棱鏡(PGP)型高光譜成像儀采用普通棱鏡和衍射光柵的組合來(lái)達(dá)到分光目的，在一定程度上彌補(bǔ)了棱鏡和光柵單獨(dú)作為分光元件時(shí)的譜線彎曲，有利于儀器的整體結(jié)構(gòu)的裝調(diào)，但其色散性能主要以其中的光柵為主，具有較寬的光譜測(cè)量范圍和較高的光譜分辨率，但是由于受到光柵狹縫大小的限制，該方法難以獲得較高的光通量，信噪比較低。
[0004]傅里葉變換型高光譜成像儀通過干涉儀的原理進(jìn)行分光，通過探測(cè)像元輻射的干涉圖，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)干涉圖進(jìn)行傅里葉變換處理，獲得像元的光譜分布。這種方法具有較高的光譜分辨率、較高的光通量、較高的信噪比，但是受限于光程差變化間隔難以太小，該方法主要用于紅外光譜波段。
[0005]目前的高光譜成像儀難以同時(shí)兼顧光譜分辨率、光通量、光譜測(cè)量范圍等特性。開發(fā)一種具有較高的綜合性能的高光譜成像儀顯得尤為迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種光通量高、光譜測(cè)量范圍大的基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的高光譜成像儀，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的高光譜成像儀，包括前置望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)、單色器、會(huì)聚成像系統(tǒng)、光電接收處理系統(tǒng)和顯示器，所述前置望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)包括主反射鏡和次反射鏡，所述主反射鏡的中間設(shè)置有開口，主反射鏡中間的開口的尺寸大于次反射鏡的出射平行光尺寸，所述次反射鏡位于主反射鏡和主反射鏡的焦點(diǎn)之間，主反射鏡的焦點(diǎn)與次反射鏡的焦點(diǎn)位置重合，主反射鏡為凹面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，次反射鏡為凸面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，主反射鏡和次反射鏡的表面均涂有反射光學(xué)膜層;所述單色器位于主反射器的后端，所述會(huì)聚成像系統(tǒng)包括第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組，所述第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組分別位于單色器的四個(gè)通道出口處，所述光電接收處理系統(tǒng)包括第一 CXD探測(cè)器、第二 CCD探測(cè)器、第三CCD探測(cè)器、第四CCD探測(cè)器和信號(hào)處理器，所述第一 CCD探測(cè)器、第二 CXD探測(cè)器、第三CCD探測(cè)器和第四CCD探測(cè)器對(duì)應(yīng)的位于會(huì)聚成像系統(tǒng)的后焦面位置，所述第一 CXD探測(cè)器、第二 CCD探測(cè)器、第三CXD探測(cè)器和第四C⑶探測(cè)器均連接信號(hào)處理器。
[0008]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述的第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組均由多個(gè)透鏡組成。
[0009]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述前置望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)將目標(biāo)發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成匹配單色器口徑的平行光束，單色器接收平行光束并且進(jìn)行光譜掃描，會(huì)聚成像系統(tǒng)將單色器輸出的含有光譜信息的光束進(jìn)行會(huì)聚，并將目標(biāo)成像在光電接收處理系統(tǒng)的接收面上，光電接收處理系統(tǒng)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理，送給顯示器輸出。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明基于旋轉(zhuǎn)濾光片原理，使高光譜成像儀具有較高光譜分辨率，較高的光通量，以及較大的光譜測(cè)量范圍，其獲得的光譜影像的光譜寬度是由旋轉(zhuǎn)濾光片的帶寬所確定。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0014]請(qǐng)參閱圖1-2，一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的高光譜成像儀，包括前置望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)、單色器、會(huì)聚成像系統(tǒng)、光電接收處理系統(tǒng)和顯示器，所述前置望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)包括主反射鏡12和次反射鏡13，主反射鏡12將目標(biāo)發(fā)出的光進(jìn)行反射并會(huì)聚，會(huì)聚光束入射到次反射鏡13表面，再被次反射鏡13反射出去，形成小口徑平行光出射;所述主反射鏡12的中間設(shè)置有一開口，允許次反射鏡13反射的平行光出射，主反射鏡12中間的開口的尺寸大于次反射鏡13的出射平行光尺寸，不阻擋平行光出射;所述次反射鏡13位于主反射鏡12和主反射鏡12的焦點(diǎn)之間，主反射鏡12的焦點(diǎn)與次反射鏡13的焦點(diǎn)位置重合，主反射鏡12為凹面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，次反射鏡13為凸面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，主反射鏡12和次反射鏡13的表面均涂有反射光學(xué)膜層，將入射的光反射出去;所述單色器14位于主反射器12的后端，所述會(huì)聚成像系統(tǒng)包括第一透鏡組15、第二透鏡組16、第三透鏡組17和第四透鏡組18，所述第一透鏡組15、第二透鏡組16、第三透鏡組17和第四透鏡組18分別位于單色器14的四個(gè)通道出口處，第一透鏡組15、第二透鏡組16、第三透鏡組17和第四透鏡組18均由多個(gè)透鏡組成，第一透鏡組15、第二透鏡組16、第三透鏡組17和第四透鏡組18將單色器14出射的光會(huì)聚并成像在會(huì)聚成像系統(tǒng)的后焦面上，所述光電接收處理系統(tǒng)包括第一 CCD探測(cè)器19、第二 CCD探測(cè)器20、第三CCD探測(cè)器21、第四CCD探測(cè)器22和信號(hào)處理器，所述第一 CCD探測(cè)器19、第二 CCD探測(cè)器20、第三CCD探測(cè)器21和第四CCD探測(cè)器22對(duì)應(yīng)的位于會(huì)聚成像系統(tǒng)的后焦面位置，所述第一 CXD探測(cè)器19、第二 CCD探測(cè)器20、第三CXD探測(cè)器21和第四CCD探測(cè)器22均連接信號(hào)處理器，第一 CXD探測(cè)器19、第二 CCD探測(cè)器20、第三CXD探測(cè)器21和第四CXD探測(cè)器22接收會(huì)聚成像系統(tǒng)的后焦面上的光能量，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，信號(hào)處理器對(duì)第一CCD探測(cè)器19、第二 CCD探測(cè)器20、第三CCD探測(cè)器21和第四CCD探測(cè)器22輸出的電信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換，得到物體的一維光譜信息和二維空間信息，并輸出給顯示器進(jìn)行顯示。
[0015]所述前置望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)將目標(biāo)發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成匹配單色器口徑的平行光束，單色器接收平行光束并且進(jìn)行光譜掃描，會(huì)聚成像系統(tǒng)將單色器輸出的含有光譜信息的光束進(jìn)行會(huì)聚，并將目標(biāo)成像在光電接收處理系統(tǒng)的接收面上，光電接收處理系統(tǒng)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理，送給顯示器輸出。
[0016]本發(fā)明基于旋轉(zhuǎn)濾光片原理，使高光譜成像儀具有較高光譜分辨率，較高的光通量，以及較大的光譜測(cè)量范圍，其獲得的光譜影像的光譜寬度是由旋轉(zhuǎn)濾光片的帶寬所確定，實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)被測(cè)目標(biāo)的需要靈活更換其中單色器14的通道數(shù)和測(cè)量光譜范圍。
[0017]上面對(duì)本專利的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本專利并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的高光譜成像儀，包括前置望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)、單色器、會(huì)聚成像系統(tǒng)、光電接收處理系統(tǒng)和顯示器，其特征在于，所述前置望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)包括主反射鏡(12)和次反射鏡(13)，所述主反射鏡(12)的中間設(shè)置有開口，主反射鏡(12)中間的開口的尺寸大于次反射鏡(13)的出射平行光尺寸，所述次反射鏡(13)位于主反射鏡(12)和主反射鏡(12)的焦點(diǎn)之間，主反射鏡(12)的焦點(diǎn)與次反射鏡(13)的焦點(diǎn)位置重合，主反射鏡(12)為凹面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，次反射鏡(13)為凸面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，主反射鏡(12)和次反射鏡(13)的表面均涂有反射光學(xué)膜層;所述單色器(14)位于主反射器(12)的后端，所述會(huì)聚成像系統(tǒng)包括第一透鏡組(15 )、第二透鏡組(16 )、第三透鏡組(17 )和第四透鏡組(18 )，所述第一透鏡組(15)、第二透鏡組(16)、第三透鏡組(17)和第四透鏡組(18)分別位于單色器(14)的四個(gè)通道出口處，所述光電接收處理系統(tǒng)包括第一 CCD探測(cè)器(19)、第二 CCD探測(cè)器(20)、第三CXD探測(cè)器(21)、第四CXD探測(cè)器(22)和信號(hào)處理器，所述第一 CCD探測(cè)器(19)、第二 CCD探測(cè)器(20)、第三CCD探測(cè)器(21)和第四CCD探測(cè)器(22)對(duì)應(yīng)的位于會(huì)聚成像系統(tǒng)的后焦面位置，所述第一 CCD探測(cè)器(19)、第二 CCD探測(cè)器(20)、第三CCD探測(cè)器(21)和第四CXD探測(cè)器(22)均連接信號(hào)處理器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的高光譜成像儀，其特征在于，所述的第一透鏡組(15 )、第二透鏡組(16 )、第三透鏡組(17 )和第四透鏡組(18 )均由多個(gè)透鏡組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的高光譜成像儀，其特征在于，所述前置望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)將目標(biāo)發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成匹配單色器口徑的平行光束，單色器接收平行光束并且進(jìn)行光譜掃描，會(huì)聚成像系統(tǒng)將單色器輸出的含有光譜信息的光束進(jìn)行會(huì)聚，并將目標(biāo)成像在光電接收處理系統(tǒng)的接收面上，光電接收處理系統(tǒng)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理，送給顯示器輸出。
【文檔編號(hào)】G01J3/26GK105865626SQ201610355760
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】繆同群, 張聲榮, 伍志軍, 王志洲, 劉寶星
【申請(qǐng)人】上海新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司