[发明专利]一种基于高速双反射转镜的傅里叶变换高光谱成像装置

说明书

本发明涉及超速检测高光谱成像技术，针对高速转镜透射式干涉光谱仪光程差非线性等问题，提供一种基于高速双反射转镜的傅里叶变换高光谱成像装置，包括准直镜、分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第一中空回归反射器、第二中空回归反射器、探测器和双反射转镜；入射光入射到分束镜上被分成反射光和透射光；反射光经第一反射镜、双反射转镜反射后进入第一中空回归反射器，然后反射光呈180°折返至双反射转镜，再经过双反射转镜、第一反射镜反射至分束镜上；透射光经第二反射镜、双反射转镜反射后进入第二中空回归反射器，然后反射光呈180°折返至双反射转镜，再经过双反射转镜、第二反射镜反射至分束镜上；反射光与透射光产生的干涉光被探测器接收。

技术领域

本发明涉及超速检测高光谱成像技术领域，具体涉及一种基于高速双反射转镜的傅里叶变换高光谱成像装置。

背景技术

成像光谱技术是20世纪80代发展起来的新一代光学探测技术，它以物体的光谱分析理论为核心，融合了光学系统设计、物体成像技术、光电探测器、信号处理与信息挖掘及光谱信息传输理论等技术。成像光谱技术融合了光谱技术和成像技术的优点，可以用来分析目标物体图像和光谱信息，这些图像信息和光谱信息就组成了目标物体的三维数据立方体。在三维数据立方体中，可以通过成像光谱技术提取目标物体的图像轮廓信息，也可以对目标物体进行精细的光谱分析；广泛应用在目标探测、航空航天遥感、农业应用、矿产资源探测、海洋遥感、地质勘测、减灾预报、生物医学诊断等许多方面。

成像光谱仪有多种分类方法，主要是根据系统的结构或者获取光谱的方式不同来进行分类。按照获取光谱方式，成像光谱仪主要可分为色散型、滤光片型和傅里叶变换型三大类。

在色散型成像光谱仪中，光通量和光谱分辨率之间的矛盾关系导致了色散型成像光谱仪在探测可见和红外弱辐射方面存在比较大的困难。

滤光片式成像光谱仪具有设计简单、实现相对容易的特点，但是其一帧图像的每一行分别对应着不同的地面目标和光谱，因此，给图像的配准和后期的图像处理带来许多困难。

鉴于色散型和滤光片型成像光谱仪的缺点，自上世纪八十年代后期开始，国外一些著名的科研机构开始了傅里叶变换成像光谱仪的研究。现在已经被广泛应用于化学分析、生物研究、矿产调查、航天航空遥感等领域。与它类型光谱仪相比较，具有光通量高、多通道同时探测、高分辨率、高信噪比，光谱范围宽，扫描速度快等诸多优点。

最早实现傅里叶变换光谱技术的是迈克尔逊干涉仪，尽管这款经典的干涉仪经过后人的不断改进出现了很多变体，但是由于一般的动镜扫描型干涉光谱仪都需要一套精度要求很高的直线型动镜系统，导致稳定性差、工艺复杂，给研制带来了许多困难，均不能有效解决平动镜造成的倾斜和剪切问题。

动镜扫描型迈克尔逊干涉光谱仪一般具有如下三个缺点：

(1)需辅助光路，结构复杂

在传统迈克尔逊干涉的直线型动镜干涉仪中，动镜在运动过程中如果发生倾斜，将严重影响干涉效率，甚至不能产生干涉；它对方向性要求也极其严格，根据大量的理论计算和工程实践，认为若要达到满意的仪器性能，动镜在运动过程中倾斜角度应为几个角秒，瞬时速度均匀性达到±1％以内，这两个指标是仪器研制成功的关键。由于动镜的运动过程极难控制，故在直线型动镜干涉仪中需设置辅助光路，即利用激光对动镜运动中的方向准确性、速度均匀性、位移量进行精确监控与修正。

另外，直线型动镜干涉仪对动镜驱动系统的精度要求很高，动镜在做往复的直线运动时，需保持匀速运动，需要高精度的伺服系统。这些技术保证措施使得整个干涉系统变得结构复杂。

(2)稳定性差，环境适应能力和抗干扰能力低