[發明專利]一種基于高速雙反射轉鏡的傅里葉變換高光譜成像裝置

在審

• 申請號: 201811229477.1
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109297600A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 魏儒義;王鵬沖;王飛橙;胡炳樑;吳銀花;張鵬昌;韓意庭;衛翠玉
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/45
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 肖建華

本發明涉及超速檢測高光譜成像技術，針對高速轉鏡透射式干涉光譜儀光程差非線性等問題，提供一種基于高速雙反射轉鏡的傅里葉變換高光譜成像裝置，包括準直鏡、分束鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第一中空回歸反射器、第二中空回歸反射器、探測器和雙反射轉鏡；入射光入射到分束鏡上被分成反射光和透射光；反射光經第一反射鏡、雙反射轉鏡反射后進入第一中空回歸反射器，然后反射光呈180°折返至雙反射轉鏡，再經過雙反射轉鏡、第一反射鏡反射至分束鏡上；透射光經第二反射鏡、雙反射轉鏡反射后進入第二中空回歸反射器，然后反射光呈180°折返至雙反射轉鏡，再經過雙反射轉鏡、第二反射鏡反射至分束鏡上；反射光與透射光產生的干涉光被探測器接收。

技術領域

本發明涉及超速檢測高光譜成像技術領域，具體涉及一種基于高速雙反射轉鏡的傅里葉變換高光譜成像裝置。

背景技術

成像光譜技術是20世紀80代發展起來的新一代光學探測技術，它以物體的光譜分析理論為核心，融合了光學系統設計、物體成像技術、光電探測器、信號處理與信息挖掘及光譜信息傳輸理論等技術。成像光譜技術融合了光譜技術和成像技術的優點，可以用來分析目標物體圖像和光譜信息，這些圖像信息和光譜信息就組成了目標物體的三維數據立方體。在三維數據立方體中，可以通過成像光譜技術提取目標物體的圖像輪廓信息，也可以對目標物體進行精細的光譜分析；廣泛應用在目標探測、航空航天遙感、農業應用、礦產資源探測、海洋遙感、地質勘測、減災預報、生物醫學診斷等許多方面。

成像光譜儀有多種分類方法，主要是根據系統的結構或者獲取光譜的方式不同來進行分類。按照獲取光譜方式，成像光譜儀主要可分為色散型、濾光片型和傅里葉變換型三大類。

在色散型成像光譜儀中，光通量和光譜分辨率之間的矛盾關系導致了色散型成像光譜儀在探測可見和紅外弱輻射方面存在比較大的困難。

濾光片式成像光譜儀具有設計簡單、實現相對容易的特點，但是其一幀圖像的每一行分別對應著不同的地面目標和光譜，因此，給圖像的配準和后期的圖像處理帶來許多困難。

鑒于色散型和濾光片型成像光譜儀的缺點，自上世紀八十年代后期開始，國外一些著名的科研機構開始了傅里葉變換成像光譜儀的研究。現在已經被廣泛應用于化學分析、生物研究、礦產調查、航天航空遙感等領域。與它類型光譜儀相比較，具有光通量高、多通道同時探測、高分辨率、高信噪比，光譜范圍寬，掃描速度快等諸多優點。

最早實現傅里葉變換光譜技術的是邁克爾遜干涉儀，盡管這款經典的干涉儀經過后人的不斷改進出現了很多變體，但是由于一般的動鏡掃描型干涉光譜儀都需要一套精度要求很高的直線型動鏡系統，導致穩定性差、工藝復雜，給研制帶來了許多困難，均不能有效解決平動鏡造成的傾斜和剪切問題。

動鏡掃描型邁克爾遜干涉光譜儀一般具有如下三個缺點：

(1)需輔助光路，結構復雜

在傳統邁克爾遜干涉的直線型動鏡干涉儀中，動鏡在運動過程中如果發生傾斜，將嚴重影響干涉效率，甚至不能產生干涉；它對方向性要求也極其嚴格，根據大量的理論計算和工程實踐，認為若要達到滿意的儀器性能，動鏡在運動過程中傾斜角度應為幾個角秒，瞬時速度均勻性達到±1％以內，這兩個指標是儀器研制成功的關鍵。由于動鏡的運動過程極難控制，故在直線型動鏡干涉儀中需設置輔助光路，即利用激光對動鏡運動中的方向準確性、速度均勻性、位移量進行精確監控與修正。

另外，直線型動鏡干涉儀對動鏡驅動系統的精度要求很高，動鏡在做往復的直線運動時，需保持勻速運動，需要高精度的伺服系統。這些技術保證措施使得整個干涉系統變得結構復雜。

(2)穩定性差，環境適應能力和抗干擾能力低