一种新型的AOTF光谱成像系统技术方案

本发明专利技术涉及AOTF光谱成像系统技术领域，涉及一种结构简单紧凑、提高成像清晰度的新型AOTF光谱成像系统；提供一种只需在AOTF后面放置成像调焦镜组的新型光谱成像系统，该系统去除了传统AOTF光谱成像中的前置光学系统，减小了整个系统的体积，结构简单紧凑，并且提高成像清晰度；包括：偏振方向互相垂直的第一偏振片和第二偏振片，声光晶体和压电换能器组成的AOTF，位于上述偏振片和偏振片之间，成像光学系统，面阵列光电探测器，控制电脑，控制上述压电换能器的驱动频率和驱动功率，并对上述面阵列光电探测器的信号进行处理，最终实现光谱成像测量；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AOTF光谱成像系统
，更具体而言，涉及一种结构简单紧凑、提高成像清晰度的新型AOTF光谱成像系统。
技术介绍
光谱成像技术是将光谱技术与成像技术完美结合，同时具有光谱和空间分辨能力。光谱成像更有利于目标的识别、捕捉与追踪，光谱成像技术广泛应用于遥感、环境监测、资源探测、食品检测、军事目标探测和生物医学等领域。光谱成像技术按其分光方式，可以分为干涉型和色散型两大类。传统的色散型光谱成像技术多采用棱镜、光栅作为分光元件，且技术较为成熟。它要求入射狭缝位于准直系统的前焦面上，入射的辐射经准直光学系统准直后，经过棱镜或光栅色散，由成像系统将狭缝按波长成像在探测器的不同位置上，实现分光。传统的色散型成像光谱技术结构相对复杂，实现高的空间分辨率及光谱分辨率均需小的入射狭缝，限制了光通量和信噪比，不利于弱光目标的探测。声光可调谐滤光器(Acousto-optic tunable filter，A0TF)与传统分光元件相比，具有体积小、通光孔径大、调谐速度快、光谱范围宽、衍射效率高等优点。近年来，基于AOTF的成像光谱技术越来越受到研究者的关注。基于AOTF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。而成像光学系统的优劣直接影响着AOTF光谱成像性能的优劣。现有的AOTF光谱成像技术中的成像光学系统多采用二次成像方式，该成像系统首先由AOTF前面的前置光学系统将被测目标的第一次像成在AOTF中，再由AOTF后面的成像系统将第二次像成在面阵探测器上，但由于这种方式像面上每一点的光线都以会聚光锥入射，而不同角度的入射光对应着不同的衍射中心波长和不同的衍射效率及角度，因此整个系统的光谱分辨率受到限制，并且由于光谱展宽及衍射角度展宽使得在衍射方向成像模糊。因此，有必要对现有技术进行改进。
技术实现思路
为了克服现有技术中所存在的不足，提供一种只需在AOTF后面放置成像调焦镜组的新型光谱成像系统。该系统去除了传统AOTF光谱成像中的前置光学系统，减小了整个系统的体积，结构简单紧凑，并且提高成像清晰度。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为: 一种新型的AOTF光谱成像系统，包括: 偏振方向互相垂直的第一偏振片和第二偏振片，以消除了 O级和-1级衍射光对后续成像的影响；声光晶体和压电换能器组成的A0TF，位于上述偏振片和偏振片之间，对被测目标光进行滤光，通过对压电换能器的驱动扫频，实现光谱测量；成像光学系统，根据被测目标距离及成像清晰度进行调焦，使经上述AOTF滤光后的每一波长下成像清晰；面阵列光电探测器，将成像的光信号转变为便于数据采集和处理的电信号；控制电脑，控制上述压电换能器的驱动频率和驱动功率，并对上述面阵列光电探测器的信号进行处理，最终实现光谱成像测量。上述的AOTF是声光可调滤光片，对被测目标光进行滤光，由于压电换能器在特定的驱动频率下，对应AOTF对特定波长的滤光，因此通过对压电换能器驱动扫频就可实现不同波长光的滤光，实现对目标的光谱探测；压电换能器可以根据波长的要求改变驱动频率，并且可以通过被测光的强弱改变功率，进而改变AOTF的衍射效率，起到光阑的作用，使得面阵列光电探测器很好的探测；控制电脑的作用主要包括两项:一是根据被测光的强弱、探测波长的要求，对压电换能器的驱动功率和驱动频率进行调节；二是对面阵列光电探测器的信号进行处理，最终实现光谱成像测量。所述成像光学系统中仅有成像调焦镜组。上述的成像调焦镜组根据被测目标距离及成像清晰度，对成像调焦镜组调焦，使目标光经AOTF滤光后的每一波长下成像清晰，最终成像在面阵列光电探测器上。所述成像调焦镜组的前面设置有视场光阑，所述视场光阑在调节大小时应始终小于AOTF的通光孔径。上述的成像调焦镜组的最前端有一视场光阑，主要有两个作用，一是调节被测目标视场，二是消除非AOTF滤光的杂散光干扰，视场光阑的大小应调节到小于AOTF的通光孔径。所述第一偏振片的偏振方向为水平方向且垂直于目标光，所述第二偏振片的偏振方向为垂直方向且垂直于目标光。上述的方向设目标光方向为X轴方向，与X轴方向垂直且呈水平方向的为Y轴，与X轴垂直且呈垂直方向的为Z轴，由上可知，第一偏振片的偏振方向平行于y轴，第二偏振片的偏振方向平行于z轴，目标光经过第一偏振片I后为偏振方向平行于y轴的线偏振光，由于+1级衍射光与入射光偏振方向垂直，而O级衍射光与入射光偏振方向平行，也就是+1级衍射光为偏振方向平行于z轴的线偏振光，O级衍射光为平行于y轴的线偏振光，因此在AOTF后面加上第二偏振片使得进入成像调焦镜组光只有有用的+1级衍射光。所述第一偏振片和第二偏振片优选消光比高的偏振片，优选Glan-Taylor偏振片。所述控制电脑根据被测光的强弱、探测波长的要求，对压电换能器的驱动功率和驱动频率进行调节。与现有技术相比本专利技术所具有的有益效果为: AOTF随入射光角度的不同，衍射光波长也不同，衍射角也不同，在加上AOTF衍射光的光谱存在一定的带宽和旁瓣，并且这些带宽和旁瓣的光波长和衍射角都有一定不同，这也是传统二次成像衍射方向成像较模糊的原因，因此在被测目标光在通过AOTF的发散角越小，光的单色性越好，进而成像越清晰，而本专利技术中目标光只以很小的发射角(或者可以近似为平行光)进入AOTF中，再由成像调焦镜组将目标成像在面阵列光电探测器上，因此，通过本专利技术中的方案，清晰度更高。本专利技术还具有如下有益效果: 1)无前置光学系统，结构简单紧凑，体积小； 2)减小了AOTF在衍射方向成像模糊现象； 3)该成像系统提高了光谱分辨率，进而提高成像的清晰度； 4)偏振方向互相垂直的偏振片消除了O级和-1级衍射光对成像的影响； 5)压电换能器可以通过被测光的强弱改变功率，进而改变AOTF的衍射效率，起到光阑的作用，使得面阵列光电探测器很好的探测。【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为光通过AOTF后的偏振态分析不意图； 图3为AOTF中心波长为650nm时各波长衍射效率图； 图4为现有技术中二次成像AOTF的成像结果图； 图5为本专利技术中AOTF的成像结果图。当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的AOTF光谱成像系统，其特征在于，包括：偏振方向互相垂直的第一偏振片（1）和第二偏振片（5），以消除了0级和‑1级衍射光对后续成像的影响；声光晶体（3）和压电换能器（4）组成的AOTF（2），位于上述第一偏振片（1）和第二偏振片（5）之间，对被测目标光进行滤光，通过对压电换能器（4）的驱动扫频，实现光谱测量；成像光学系统，根据被测目标距离及成像清晰度进行调焦，使经上述AOTF（2）滤光后的每一波长下成像清晰；面阵列光电探测器（8），将成像的光信号转变为便于数据采集和处理的电信号；    控制电脑（9），控制上述压电换能器（4）的驱动频率和驱动功率，并对上述面阵列光电探测器（8）的信号进行处理，最终实现光谱成像测量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞，王耀利，王志斌，杨常青，陈媛媛，李世伟，李晋华，张敏娟，陈友华，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14