[發明專利]基于Nipkow盤的衍射多光譜成像裝置及方法

有效

• 申請號: 200910071681.X
• 申請日: 2009-03-31
• 公開（公告）號: CN101581604A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 劉儉;劉忠源;譚久彬;王偉波;劉濤;趙晨光
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/18;G01J3/28;G02B26/10
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技術領域

本發明是關于成像光譜技術領域的裝置及方法，尤其涉及一種基于Nipkow盤的衍射多光譜成像裝置及方法。

背景技術

成像光譜技術將成像技術與光譜技術相結合，利用該技術對被測目標進行一次觀測就可同時得到目標的二維圖像信息與光譜信息，該技術目前已被廣泛應用于遙感、目標識別等領域。目前，人們已經采用多種技術手段實現了該技術，基于衍射透鏡的光譜成像技術就屬于其中之一。

1995年，SPIE第2480卷，123～131頁“Image?Spectrometry?with?a?DiffractiveOptic”首次公開一種由衍射光學元件和探測器組成的成像光譜儀裝置。美國專利公開號5479258，公開日1995年12月26日，發明名稱為Image?MultispectralSensing，該專利公開了由衍射光學元件和探測器組成的成像光譜儀方案。中國專利申請號200810065751.6，申請日2008年2月29日，發明名稱為橫向放大率恒定的衍射光學成像光譜儀的成像結構及其使用方法，該申請案公開了由衍射光學元件、探測器及消像差透鏡組成的成像光譜儀方案。上述方案或裝置的不足之處在于若想得到某個單一波長入射光的圖像與光譜信息，上述裝置的探測器必須掃描并記錄所有波長入射光的焦平面，然后利用計算機層析技術進行圖像處理，去除各個波長準焦面上的其它波長入射光的離焦光斑，才能獲得該單一波長入射光的圖像與光譜數據，這樣就不能實時提取單一波長入射光的圖像及光譜信息。

發明內容

本發明克服了現有技術中的不足，提供了一種基于Nipkow盤的衍射多光譜成像裝置及方法。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明所述的基于Nipkow盤的衍射多光譜成像裝置，包括衍射透鏡、衍射透鏡直線驅動器、基座、探測器、殼體、殼體直線驅動器，該裝置還包括由帶有一條螺旋線形透光槽的擋光板、具有多條按螺旋線排列的不同直徑針孔的Nipkow盤以及帶有一條微透鏡陣列按螺旋線排列的微透鏡陣列盤組成的層析及成像系統。在殼體的內表面上配裝相對位置固定機構，由擋光板、Nipkow盤和微透鏡陣列盤組成的層析及成像系統配裝在相對位置固定機構內。第二旋轉驅動器固定于殼體上側的內表面上，第二驅動軸兩端分別與第二旋轉驅動器及微透鏡陣列盤固接。第一旋轉驅動器固定于殼體的直立內表面上，第一驅動軸兩端分別固接第一旋轉驅動器及Nipkow盤。Nipkow盤位于擋光板及微透鏡陣列盤之間，擋光板位于衍射透鏡一側。擋光板、Nipkow盤及微透鏡陣列盤相互平行，且中心位于同一個軸上。擋光板的透光槽與微透鏡陣列盤的微透鏡陣列相對應，且兩者間的相對位置固定不變。擋光板上的透光槽的螺旋線形狀及微透鏡陣列盤上的微透鏡陣列的螺旋線形狀與Nipkow盤上的針孔的螺旋線形狀相同。Nipkow盤上位于同一條螺旋線上的針孔的直徑由Nipkow盤的中心向外逐漸變大，不同螺旋線上的針孔直徑不同。Nipkow盤3上的螺旋線條數由所設計的成像光譜儀的光譜段數決定。

本發明所述的基于Nipkow盤的衍射多光譜成像方法包括以下步驟：

①要探測某一波長入射光圖像及光譜信息時，相對位置固定機構解鎖，用第二旋轉驅動器經第二驅動軸轉動微透鏡陣列盤，通過相對位置固定機構帶動擋光板一并轉動，使透光槽與微透鏡陣列處于探測器視場之外；相對于擋光板與微透鏡陣列盤轉動Nipkow盤，根據設計時已經計算出的該波長光在其焦平面上的光斑大小，使直徑與該光斑大小匹配的一條螺旋線針孔與透光槽和微透鏡陣列相對應，相對位置固定機構鎖緊；

②殼體直線驅動器將包含擋光板、Nipkow盤、微透鏡陣列盤及探測器的殼體整體驅動到該焦平面處，且使Nipkow盤位于該波長入射光的焦平面上；

③打開探測器開關，第一旋轉驅動器驅動擋光板、Nipkow盤與微透鏡陣列盤整體旋轉并掃描焦平面，準確聚焦在焦平面上的波長的入射光透過針孔，經過微透鏡成像在探測器上，掃描結束后，將三者轉動到探測器視場之外等待下一次掃描。

本發明的有益效果是：

第一，本裝置及方法能實時地提取被觀測光譜范圍內任一波長入射光的圖像及光譜信息。

第二，本裝置及方法能最低限度產生并有效阻擋雜散光。

第三，本裝置及方法與普通衍射透鏡成像光譜儀相比，能獲得更高的光譜分辨率。

附圖說明

圖1是基于Nipkow盤的衍射多光譜成像裝置結構示意圖

圖2是圖像及光譜數據接收系統外觀結構三維示意圖