本发明专利技术涉及AOTF光谱成像技术领域，更具体而言，涉及一种采用棱镜提高AOTF光谱成像质量的方法及装置，是一种采用棱镜来补偿AOTF在衍射方向光谱和衍射角展宽，提高AOTF光谱成像质量的方法；提供一种采用棱镜提高AOTF光谱成像质量的方法及装置，该方法采用棱镜补偿的方式修正衍射角的展宽，最终提高AOTF光谱成像质量；被测目标经过前置光学系统后缩束准直，经过第二偏振片后进入AOTF发生衍射，然后通过第二偏振片消除了0级和-1级衍射光，再通过棱镜后将衍射光展宽修正，衍射光变为平行光进入成像透镜，最后被测目标成像在CCD上；本发明专利技术主要应用在AOTF光谱成像方面。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及A0TF光谱成像
，更具体而言，涉及一种采用棱镜提高A0TF光 谱成像质量的方法及装置，是一种采用棱镜来补偿A0TF在衍射方向光谱和衍射角展宽，提 高A0TF光谱成像质量的方法。
技术介绍
声光可调谐滤光器（Acousto-optic tunable filter，A0TF)具有体积小、调谐速 度快、光谱范围宽、衍射效率高等优点，基于A0TF的成像光谱仪已经在遥感、环境监测、生 物医学和食品检测中得到应用。 现有的A0TF成像光谱系统中为消除图像的漂移现象，在A0TF出射面多采用光楔 和棱镜补偿的方式消除漂移。但是此方法只考虑了 A0TF滤光后主峰中心波长的色散带来 的图像偏移现象，没有考虑A0TF滤光后光谱存在旁瓣和一定的展宽，也就是A0TF衍射中还 存在衍射角和光谱的展宽，这样将导致A0TF在衍射方向比其它方向成像模糊，影响A0TF光 谱成像质量。
技术实现思路
针对现有A0TF光谱成像在衍射方向存在衍射角和光谱的展宽导致衍射方向成像 模糊的缺陷，提供一种采用棱镜提高A0TF光谱成像质量的方法及装置，该方法采用棱镜补 偿的方式修正衍射角的展宽，最终提高A0TF光谱成像质量。 为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为： 一种采用棱镜提高A0TF光谱成像质量的装置，包括前置光学系统、第一偏振片、 A0TF、第二偏振片、棱镜、成像透镜和(XD，所述前置光学系统、第一偏振片、A0TF、第二偏振 片、棱镜、成像透镜和CCD依次排列，所述前置光学系统包括物镜、视场光阑和准直透镜组， 所述A0TF包括声光晶体和压电换能器。 所述第一偏振片与第二偏振片的偏振方向正交。 所述C⑶与步进电机连接。 被测目标经过前置光学系统后缩束准直，经过第二偏振片后进入A0TF发生衍射， 然后通过第二偏振片消除了 0级和-1级衍射光，再通过棱镜后将衍射光展宽修正，衍射光 变为平行光进入成像透镜，最后被测目标成像在CCD上。 所述CCD连接有步进电机，消除成像中的漂移现象。 与现有技术相比本专利技术所具有的有益效果为： 该方法通过在A0TF衍射后放置棱镜，来修正A0TF衍射角展宽，提高衍射方向的成 像质量，使得所有方向与竖直方向成像分辨率相同，最终提高A0TF光谱成像质量。【附图说明】 下面通过附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细的说明。 图1为本专利技术的结构示意图； 图2为AOTF光谱及衍射角度展宽示意图； 图3a为本专利技术的棱镜示意图； 图3b为本专利技术的棱镜光路示意图； 图4为水平狭缝成像及狭缝带宽示意图； 图5为竖直狭缝成像及狭缝带宽示意图； 图6为AOTF光谱与角度展宽对比图。 图中：1为前置光学系统、2为第一偏振片、3为A0TF、4为第二偏振片、5为棱镜、6 为成像透镜、7为(XD、8为物镜、9为视场光阑、10为准直透镜组、11为声光晶体、12为压电 换能器。【具体实施方式】 下面实施例结合附图对本专利技术作进一步的描述。 棱镜补偿AOTF光谱成像系统结构如图1所示，包括前置光学系统1、偏振片2、 A0TF3、偏振片4、棱镜5、成像透镜6和(XD7,前置光学系统1包括物镜8、视场光阑9和准 直透镜组10, A0TF3包括声光晶体11和压电换能器12。前置光学系统1将被测目标光缩 束准直，视场光阑9调节被测视场。目标光经过前置光学系统1和偏振片2后，进入A0TF3 衍射，导致衍射角展宽，再通过偏振片4,只留下有用的+1级衍射光，通过棱镜5将衍射角 展宽修正，同时，经衍射角展宽的衍射光变为平行光，最终由成像透镜6将被测目标成像在 (XD7上。由于棱镜5修正了衍射角展宽，最终提高了 AOTF光谱成像的质量。 偏振片2与偏振片4的偏振方向完全正交，如图1所不，偏振片2的偏振方向沿x 方向，偏振片4的偏振方向沿y方向，主要是为了消除A0TF3中0级和-1级衍射光对AOTF 光谱成像的影响，使AOTF光谱成像是被测目标经A0TF3后的+1级衍射光成像。 如图2所示，由于A0TF3中压电换能器12为有限的矩形结构，传入声光晶体11的 超声波发生声波衍射，导致超声方向发生衍射，这样将导致A0TF3的衍射光谱及衍射角存 在一定的展宽，并且衍射光谱的展宽与衍射角的展宽是一一对应的，正是由于衍射角存在 展宽，导致AOTF光谱成像在衍射方向成像比较模糊。 没有棱镜补偿时，对同一宽度狭缝不同方向成像结果进行对比，当超声频率为 120MHz时，水平狭缝经AOTF成像和成像狭缝带宽如图4,竖直狭缝成像和成像狭缝带宽如 图5,图4和图5对比可以看出，与水平狭缝成像相比，竖直狭缝成像不仅存在旁瓣，而且主 极大的宽带也较水平狭缝宽，也就是在AOTF衍射方向存在展宽，在AOTF超声驱动频率f a= 120MHz时，竖直狭缝成像主极大的半峰宽是水平狭缝成像的3. 5倍，这就导致在AOTF衍射 方向成像模糊。 由于晶体切割精度、加工精度和安装精度等影响，实际生产出的AOTF与理论会存 在一定差异，因此实际中A0TF3的衍射光谱展宽与衍射角展宽对应关系可以通过分光仪和 高分辨率的光谱仪测量获得。 其中，衍射角展宽测量系统的角度测量精度可以达到0.0015°，该测量测得的是 A0TF3外的衍射角展宽，并不是AOTF声光晶体内的衍射角展宽；AOTF衍射光谱展宽光谱分 辨率为0. 25nm@ A = 600nm的光纤光谱仪测得；当超声频率为110MHz时，实施方式中采用 的A0TF3的衍射光谱展宽与衍射角展宽对应关系如图6所示，由图可看出，衍射光谱展宽与 衍射角展宽能很好的吻合，包括特征光谱位置也可以很好吻合，如图6中的椭圆区域。 如图3a和图3b所示，棱镜5的材料、棱镜顶角a和棱镜中心轴的方向角 Y应根 据AOTF衍射光谱展宽和衍射角展宽的关系和光谱范围来设置，设置的目的是将衍射角展 宽后光经棱镜5后尽可能变为平行光，这样使目标光经成像透镜6能很好成像到CCD7上， 这样将最终达到提高AOTF光谱成像的质量。 下面对棱镜5的材料、棱镜顶角a和棱镜中心轴的方向角Y进行具体说明。如图3a和3b所示，波长为A光经过棱镜5后的偏折角Sa为：其中ru是棱镜对应波长为X光的折射率，折射率是波长的函数，ix是波长为入 光的入射角，a是棱镜顶角，丫是棱镜中心轴的方向角（与z轴的夹角），e x是波长为入 光与z轴的夹角。结合图3b和光的折射定律，入射角U和棱镜内折射角e' x，棱镜内入射 角和棱镜内折射角e x满足：由图3b可知：由⑴式和⑵式可知偏折角随波长的变化为波长的角色散率：由公式（4)可知，本方法就是用棱镜中的角色散来抵消AOTF的衍射角展宽。因此 公式⑷应满足： 其中（5)式中为AOTF衍射角展宽A 随波长展宽A A的变化率。 在实施方式中采用的AOTF中，由图6可知，在中心波长人。=647. 8nm附近的衍 射角展宽随波长展宽的变化率，根据该测量值及AOTF的光谱 范围为可见波长，因此棱镜材料选用较常用的K9玻璃，棱镜顶角a =45°，棱镜中心轴的 方向角y需要根据测试波长由（3)式获得。该方法使棱镜尽可能的减小了 AOTF衍射角展 宽对成像的影响。 由于该方法重点是提高成像质量，但此AOTF光谱成像中的图像会存在一定的漂 移，因此需本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用棱镜提高AOTF光谱成像质量的装置，其特征在于：包括前置光学系统(1)、第一偏振片(2)、AOTF(3)、第二偏振片(4)、棱镜(5)、成像透镜(6)和CCD(7)，所述前置光学系统(1)、第一偏振片(2)、AOTF(3)、第二偏振片(4)、棱镜(5)、成像透镜(6)和CCD(7)依次排列，所述前置光学系统(1)包括物镜(8)、视场光阑(9)和准直透镜组(10)，所述AOTF(3)包括声光晶体(11)和压电换能器(12)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞，李晓，李晋华，王志斌，李克武，王耀利，陈媛媛，陈友华，张敏娟，李世伟，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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