基于Ｎｉｐｋｏｗ盘的衍射多光谱成像装置及方法制造方法及图纸

基于Ｎｉｐｋｏｗ盘的衍射多光谱成像装置及方法属于成像光谱技术领域；该装置包括衍射透镜、由挡光板、Ｎｉｐｋｏｗ盘及微透镜阵列盘组成的层析及成像系统、探测器、相对位置固定机构、第一及第二旋转驱动机构、直线驱动器；相对位置固定机构解锁，第一及第二旋转驱动机构能够分别驱动挡光板与微透镜阵列盘及Ｎｉｐｋｏｗ盘旋转；相对位置固定机构锁紧，第一驱动机构驱动层析及成像系统扫描入射光像方焦平面直接获得某单一波长入射光的二维图像及光谱信息；直线驱动器驱动层析及成像系统沿衍射透镜光轴扫描即可获得被探测光谱范围内所有波长入射光的图像及光谱信息；本发明专利技术具有低杂散光、高光谱分辨率、高空间分辨率的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于成像光谱
的装置及方法，尤其涉及一种基于Nipkow 盘的衍射多光谱成像装置及方法。
技术介绍
成像光谱技术将成像技术与光谱技术相结合，利用该技术对被测目标进行一 次观测就可同时得到目标的二维图像信息与光谱信息，该技术目前己被广泛应用 于遥感、目标识别等领域。目前，人们已经采用多种技术手段实现了该技术，基 于衍射透镜的光谱成像技术就属于其中之一。1995年，SP正第2480巻，123~131页"Image Spectrometry with a Diffractive Optic"首次公开一种由衍射光学元件和探测器组成的成像光谱仪装置。美国专 利公开号5479258，公开日1995年12月26日，专利技术名称为ImageMultispectral Sensing，该专利公开了由衍射光学元件和探测器组成的成像光谱仪方案。中国专 利申请号200810065751.6，申请日2008年2月29日，专利技术名称为横向放大率恒定 的衍射光学成像光谱仪的成像结构及其使用方法，该申请案公开了由衍射光学元 件、探测器及消像差透镜组成的成像光谱仪方案。上述方案或装置的不足之处在 于若想得到某个单一波长入射光的图像与光谱信息，上述装置的探测器必须扫描 并记录所有波长入射光的焦平面，然后利用计算机层析技术进行图像处理，去除 各个波长准焦面上的其它波长入射光的离焦光斑，才能获得该单一波长入射光的 图像与光谱数据，这样就不能实时提取单一波长入射光的图像及光谱信息。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中的不足，提供了一种基于Nipkow盘的衍射多光谱 成像装置及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术所述的基于Nipkow盘的衍射多光谱成像装置，包括衍射透镜、衍射透镜直线驱动器、基座、探测器、壳体、壳体直线驱动器，该装置还包括由带有 一条螺旋线形透光槽的挡光板、具有多条按螺旋线排列的不同直径针孔的Nipkow盘以及带有一条微透镜阵列按螺旋线排列的微透镜阵列盘组成的层析及成像系 统。在壳体的内表面上配装相对位置固定机构，由挡光板、Nipkow盘和微透镜 阵列盘组成的层析及成像系统配装在相对位置固定机构内。第二旋转驱动器固定 于壳体上侧的内表面上，第二驱动轴两端分别与第二旋转驱动器及微透镜阵列盘固接。第一旋转驱动器固定于壳体的直立内表面上，第一驱动轴两端分别固接第 一旋转驱动器及Nipkow盘。Nipkow盘位于挡光板及微透镜阵列盘之间，挡光板 位于衍射透镜一侧。挡光板、Nipkow盘及微透镜阵列盘相互平行，且中心位于 同一个轴上。挡光板的透光槽与微透镜阵列盘的微透镜阵列相对应，且两者间的 相对位置固定不变。挡光板上的透光槽的螺旋线形状及微透镜阵列盘上的微透镜 阵列的螺旋线形状与Nipkow盘上的针孔的螺旋线形状相同。Nipkow盘上位于同 一条螺旋线上的针孔的直径由Nipkow盘的中心向外逐渐变大，不同螺旋线上的 针孔直径不同。Nipkow盘3上的螺旋线条数由所设计的成像光谱仪的光谱段数 决定。本专利技术所述的基于Nipkow盘的衍射多光谱成像方法包括以下步骤① 要探测某一波长入射光图像及光谱信息时，相对位置固定机构解锁，用 第二旋转驱动器经第二驱动轴转动微透镜阵列盘，通过相对位置固定机构带动挡光板一并转动，使透光槽与微透镜阵列处于探测器视场之外；相对于挡光板与微 透镜阵列盘转动Nipkow盘，根据设计时已经计算出的该波长光在其焦平面上的 光斑大小，使直径与该光斑大小匹配的一条螺旋线针孔与透光槽和微透镜阵列相 对应，相对位置固定机构锁紧；② 壳体直线驱动器将包含挡光板、Nipkow盘、微透镜阵列盘及探测器的壳 体整体驱动到该焦平面处，且使Ni沐ow盘位于该波长入射光的焦平面上；③ 打开探测器开关，第一旋转驱动器驱动挡光板、Nipkow盘与微透镜阵列 盘整体旋转并扫描焦平面，准确聚焦在焦平面上的波长的入射光透过针孔，经过 微透镜成像在探测器上，扫描结束后，将三者转动到探测器视场之外等待下一次 扫描。本专利技术的有益效果是第一，本装置及方法能实时地提取被观测光谱范围内任一波长入射光的图 像及光谱信息。第二，本装置及方法能、最低限度产生并有效阻挡杂散光。第三，本装置及方法与普通衍射透镜成像光谱仪相比，能获得更高的光谱分 辨率。附图说明图1是基于Nipkow盘的衍射多光谱成像装置结构示意2是图像及光谱数据接收系统外观结构三维示意图图3是挡光板与Nipkow盘和微透镜阵列盘系统结构示意图图4是实施例的衍射透镜及入射光参数图5是计算光谱分辨率所用符号示意图图6是被观测的某波长入射光的杂散光贡献区示意图图7是计算被观测的某波长入射光的左侧杂散光计算示意图图8是计算被观测的某波长入射光的右侧杂散光计算示意图图中l衍射透镜、2挡光板、3Nipkow盘、4微透镜阵列盘、5相对位置固 定机构、6第二驱动轴、7第二旋转驱动器、8第一驱动轴、9第一旋转驱动器、 10壳体、11壳体直线驱动器、12探测器、13基座、14衍射透镜直线驱动器、 15透光槽、16针孔、17微透镜阵列具体实施例方式下面结合附图对本专利技术具体实施例进行详细描述。本专利技术具体装置描述如下本装置包括衍射透镜l、衍射透镜直线驱动器14、基座13、探测器12、壳 体10、壳体直线驱动器11，该装置还包括由带有一条螺旋线形透光槽15的挡光 板2、具有多条按螺旋线排列的不同直径针孔16的Nipkow盘3以及带有一条微 透镜阵列17按螺旋线排列的微透镜阵列盘4组成的层析及成像系统；在壳体10 的内表面上配装相对位置固定机构5，由挡光板2、 Nipkow盘3和微透镜阵列盘 4组成的层析及成像系统配装在相对位置固定机构5内；第二旋转驱动器7固定 于壳体10上侧的内表面上，第二驱动轴6两端分别与第二旋转驱动器7及微透 镜阵列盘4固接；第一旋转驱动器9固定于壳体10的直立内表面上，第一驱动 轴8两端分别固接第一旋转驱动器9及Nipkow盘3; Nipkow盘3位于挡光板2 及微透镜阵列盘4之间，挡光板2位于衍射透镜1一侧；挡光板2、 Nipkow盘3 及微透镜阵列盘4相互平行，且中心位于同一个轴上；挡光板2的透光槽15与 微透镜阵列盘4的微透镜阵列17相对应，且两者间的相对位置固定不变；挡光 板2上的透光槽15的螺旋线形状及微透镜阵列盘4上的微透镜阵列17的螺旋线 形状与Nipkow盘3上的针孔16的螺旋线形状相同；Nipkow盘3上位于同一条 螺旋线上的针孔16的直径由Nipkow盘3的中心向外逐渐变大，不同螺旋线上的 针孔16直径不同。Nipkow盘3上的螺旋线条数由所设计的成像光谱仪的光谱段数决定。相对位置固定机构5解锁后，旋转驱动器7通过驱动轴6带动挡光板2 与微透镜阵列4 一同转动，旋转驱动器9通过驱动轴8带动Nipkow盘3转动。 相对位置固定机构5锁紧后，旋转驱动器9通过驱动轴8带动Nipkow盘3、挡 光板2及微透镜阵列盘4 一同转动。Nipkow盘上位于同一条螺旋线上的针孔的 直径由Nipkow盘的中心向外逐渐变大，以适应衍射透镜1径向放大率不同而导 致的径向光斑由光轴沿径向增大的特点。Nipkow盘上不同螺旋线上的针孔直径 不同，以适应衍射透镜1轴向放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Ｎｉｐｋｏｗ盘的衍射多光谱成像装置，包括衍射透镜（１）、衍射透镜直线驱动器（１４）、基座（１３）、探测器（１２）、壳体（１０）、壳体直线驱动器（１１），其特征在于该装置还包括由带有一条螺旋线形透光槽（１５）的挡光板（２）、具有多条按螺旋线排列的不同直径针孔（１６）的Ｎｉｐｋｏｗ盘（３）以及带有一条微透镜阵列（１７）按螺旋线排列的微透镜阵列盘（４）组成的层析及成像系统；在壳体（１０）的内表面上配装相对位置固定机构（５），由挡光板（２）、Ｎｉｐｋｏｗ盘（３）和微透镜阵列盘（４）组成的层析及成像系统配装在相对位置固定机构（５）内；第二旋转驱动器（７）固定于壳体（１０）上侧的内表面上，第二驱动轴（６）两端分别与第二旋转驱动器（７）及微透镜阵列盘（４）固接；第一旋转驱动器（９）固定于壳体（１０）的直立内表面上，第一驱动轴（８）两端分别固接第一旋转驱动器（９）及Ｎｉｐｋｏｗ盘（３）；Ｎｉｐｋｏｗ盘（３）位于挡光板（２）及微透镜阵列盘（４）之间，挡光板（２）位于衍射透镜（１）一侧；挡光板（２）、Ｎｉｐｋｏｗ盘（３）及微透镜阵列盘（４）相互平行，且中心位于同一个轴上；挡光板（２）的透光槽（１５）与微透镜阵列盘（４）的微透镜阵列（１７）相对应，且两者间的相对位置固定不变；挡光板（２）上的透光槽（１５）的螺旋线形状及微透镜阵列盘（４）上的微透镜阵列（１７）的螺旋线形状与Ｎｉｐｋｏｗ盘（３）上的针孔（１６）的螺旋线形状相同；Ｎｉｐｋｏｗ盘（３）上位于同一条螺旋线上的针孔（１６）的直径由Ｎｉｐｋｏｗ盘（３）的中心向外逐渐变大，不同螺旋线上的针孔（１６）直径不同。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俭，刘忠源，谭久彬，王伟波，刘涛，赵晨光，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]