[發(fā)明專利]一種輕小型干涉成像光譜全偏振探測裝置

有效

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• 申請日: 2010-03-18
• 公開（公告）號: CN101793559A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李杰;朱京平
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01N21/21;G02B27/28;G02B5/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 61215
• 代理人: 劉國智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種同時能獲得目標二維強度、 傅立葉變換干涉光譜和全偏振特性的三位一體輕小型干涉成像光譜全偏振探 測裝置。

背景技術(shù)

光源發(fā)射的光照射到地球表面和大氣中的任何目標，在輻射、反射、透 射和散射光波的過程中，都會引起光波強度、光譜輻射特性和偏振狀態(tài)的變 化，就此獨立發(fā)展起了相機(成像儀)、光譜儀、偏振儀這三類光學特性探測 儀器，它們分別可獲得目標的二維空間信息、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學成分、物體的 屬性。1980s，美國空氣動力實驗室(JPL)提出成像光譜儀概念，將成像儀與 光譜儀融合，可以同時獲取目標的二維空間信息和一維光譜信息，受到各國 大力重視。20多年時間里，成像從多通道的色散型成像光譜儀，發(fā)展到高 光譜的干涉型成像光譜儀，其中的具有共軸光路的角剪切型成像光譜儀具有 結(jié)構(gòu)緊湊、裝調(diào)容易等優(yōu)點，美國先進的DASI成像光譜儀就是采用的這種結(jié) 構(gòu)，取得了大量高光譜成像數(shù)據(jù)。但目前仍然存在光通量不夠大、光譜分辨 率不夠高、視場角小、探測信息量不夠等不足。

另一方面，人們將成像儀與偏振儀融合，形成了可以同時獲取目標的二 維空間信息和偏振信息的偏振成像儀，這類儀器最初采用旋轉(zhuǎn)偏光元件型結(jié) 構(gòu)，具有運動部件，抗振能力差，不能對目標偏振信息進行實時探測；后來 發(fā)展起的分振幅型、分孔徑、分焦平面型等，結(jié)構(gòu)復雜、光路調(diào)節(jié)困難，工 藝要求高等，使應用受到限制；強度調(diào)制型也存在通量不夠，信號處理速度 慢等問題。

偏振特性是物質(zhì)的另一種重要特性，如果在獲取成像光譜信息的同時， 獲取目標的偏振特性，則會進一步提高目標的探測與識別能力。有學者將薩 瓦板Savart型干涉成像光譜儀中的干涉分光元件換為格蘭-泰勒棱鏡等偏振 分束器，獲得起偏光的干涉光譜，可以對一個方向的線偏振光進行探測，一 定程度上提高了目標的識別能力，但它不能對目標的全部偏振特性進行探測； 還有研究人員提出了采用基于電控線性相位延遲器與聲光可調(diào)濾波片機構(gòu)的 高光譜全偏振成像系統(tǒng)，其有源的電控機制帶來了一系列問題；快速多光譜 遙感偏振成像儀采用液晶濾光片或光柵作為分光機構(gòu)，只能對少數(shù)波長進行 偏振成像。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前高光譜成像儀與偏振成像儀不能滿足更高水平目標光學遙感探 測要求的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、無運動部件、光 通量大、可一次性獲得目標二維空間像、一維高光譜信息和完整偏振信息的 輕小型干涉成像光譜全偏振探測裝置。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下裝置予以實現(xiàn)。

一種輕小型干涉成像光譜全偏振探測裝置，包括同軸依次順序設(shè)置的前 置光學遠望系統(tǒng)1、靜態(tài)全光調(diào)制模塊2、角剪切型靜態(tài)干涉成像光譜儀3、成 像鏡組4和探測器5，探測器5連接有信號獲取與處理系統(tǒng)6。

所述的前置光學望遠系統(tǒng)1包括同軸依次順序設(shè)置的前置光學系統(tǒng)物鏡 組11、光闌12和前置光學系統(tǒng)像方鏡組13。

前置光學系統(tǒng)物鏡組11為反射鏡組、折反鏡組或折射鏡組。

光闌12在空間調(diào)制情況下為一狹縫122，在時空混合調(diào)制情況下為一孔徑 光闌121。

所述的靜態(tài)全光調(diào)制模塊2包括一個雙折射晶體組21及其后的偏振片或 偏振棱鏡22。

所述的角剪切型靜態(tài)干涉成像光譜儀3包括沿光軸順序設(shè)置的位于前端、 與靜態(tài)全光調(diào)制模塊2共用的偏振片或偏振棱鏡22，中間的角剪切型雙折射晶 體組32，后端的檢偏器33，角剪切型雙折射晶體組32由光軸互相垂直的兩塊 或兩塊以上晶體構(gòu)成。

所述的成像鏡組4選用以下任一方案制成：

空間調(diào)制情況下，為一個柱面透鏡41及其后的一透鏡組42，柱面透鏡41 的焦面位于后續(xù)的透鏡組42上，透鏡組42的焦平面位于后續(xù)探測器5的面上；

時空混合調(diào)制情況下，為一透鏡組42，透鏡組42的焦平面位于后續(xù)探測 器5的面上。

所述的探測器5為CCD陣列、CMOS陣列、光電二極管陣列、光電倍增管陣 列、紅外焦平面陣列或紫外光探測器陣列。

所述的信號獲取與處理系統(tǒng)6包括可將探測器5接收到的信息進行傅立 葉變換處理的微機，用于解調(diào)出目標的二維空間強度、一維光譜和四個Stokes 矢量，并顯示為偽彩色圖片。