專(zhuān)利名稱(chēng)：細(xì)分光譜偏振輻射計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)電子測(cè)量計(jì)，確切地說(shuō)是一種細(xì)分光譜偏振輻射計(jì)。
背景技術(shù)：
到目前為止，光譜輻射計(jì)或者光譜儀都采用傳統(tǒng)的光強(qiáng)度探測(cè)方法，均是以不同光譜段獲取目標(biāo)的輻射強(qiáng)度來(lái)推求目標(biāo)的表面狀態(tài)、溫度、成份及其它物理化學(xué)特性。這些儀器只是利用了電磁波的強(qiáng)度特性和幾何特征，并沒(méi)有利用光的偏振來(lái)對(duì)目標(biāo)探測(cè)。
常見(jiàn)的輻射測(cè)量都是不帶偏振測(cè)量，測(cè)量方式大致可分為波長(zhǎng)掃描和全光譜同時(shí)探測(cè)兩種，波長(zhǎng)掃描一次只能測(cè)量一個(gè)波段的光譜功率，即使只測(cè)量可見(jiàn)光波段，至少需要數(shù)分鐘的時(shí)間。全光譜同時(shí)探測(cè)是全部單色平輻射同時(shí)入射到多通道光電探測(cè)器上。探測(cè)器同時(shí)獲得整個(gè)光譜能量分布信息，并轉(zhuǎn)換出多路平行電信號(hào)，在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的控制下，分時(shí)串行輸出電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的快速測(cè)量。
一些光譜偏振成像儀器獲得的也只是某個(gè)波段的信息，不能完成連續(xù)光譜的測(cè)量，光譜分辨率差，不能達(dá)到細(xì)分光譜的目的，也不能滿(mǎn)足對(duì)目標(biāo)全光譜的偏振測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是給人們提供一種可以解決傳統(tǒng)光度學(xué)輻射測(cè)量無(wú)法解決的一些問(wèn)題的光譜偏振輻射計(jì)。它在取得偏振測(cè)量結(jié)果的同時(shí)，還能夠提供輻射量的測(cè)量數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)偏振測(cè)量包含了輻射測(cè)量。由于一些目標(biāo)發(fā)射和反射的偏振度和反射幅度的偏振度和方向與其表面法線的方向有關(guān)，因此利用這一特性可以有效地提高對(duì)目標(biāo)的識(shí)別程度，并能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的三維探測(cè)，獲取地面目標(biāo)的光譜偏振數(shù)據(jù)，建立基礎(chǔ)光譜偏振數(shù)據(jù)庫(kù)，支持遙感圖像處理和目標(biāo)光譜偏振特性的研究工作。
本實(shí)用新型包括光譜偏振測(cè)量頭、定位激光器、單片機(jī)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)，其特征在于光譜偏振測(cè)量頭由偏振器、物鏡、場(chǎng)鏡、入縫、球面反射鏡和平面反射光柵組成，場(chǎng)鏡位于物鏡的焦平面上，物鏡與入縫共軛，入縫和探測(cè)器的光敏面位于球面反射鏡的焦平面上。
另外，偏振器由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶的傳動(dòng)而驅(qū)動(dòng)，其傳動(dòng)比例為1∶1。平面反射光柵到反射鏡頂點(diǎn)的距離為球面反射鏡焦距的0.85倍。入縫的寬度與探測(cè)器單個(gè)像元大小相同，球面反射鏡與光柵構(gòu)成多色儀。所述的單片機(jī)控制系統(tǒng)，包括單片機(jī)、時(shí)序電路、程控放大電路、A/D模塊轉(zhuǎn)換、顯示屏和存儲(chǔ)器。
置于物鏡前的退偏器選用石英楔形退偏器，兩面呈光面。
使用時(shí)，開(kāi)啟電源，首先打開(kāi)定位激光器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)量頭部是否對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。然后先進(jìn)行0度的測(cè)量，獲得這一偏振方向的光譜反射比，再由控制系統(tǒng)向電機(jī)發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)偏振器，依次對(duì)60度、120度兩個(gè)偏振方向進(jìn)行測(cè)量，再由計(jì)算機(jī)將三個(gè)偏振方向的光譜反射比進(jìn)行目標(biāo)偏振度的計(jì)算，最后給出目標(biāo)的偏振度曲線。具體地測(cè)量是采用平面反射光柵構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)色散分光，地物輻射經(jīng)偏振器再經(jīng)由光柵分光，色散到256元硅光電二極管線陣探測(cè)器的各個(gè)單元上，每個(gè)單元探測(cè)器將接收到的固定波長(zhǎng)分量的分色光轉(zhuǎn)換為電荷信號(hào)，由時(shí)序電路控制線陣掃描和信號(hào)讀出，串行讀出探測(cè)器各元響應(yīng)的積分電荷，經(jīng)程控電路放大后進(jìn)行12bit精度的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到256個(gè)光譜波長(zhǎng)點(diǎn)組成的目標(biāo)輻射光譜特性的曲線數(shù)據(jù)，為提高儀器測(cè)量的信噪比，將16條采樣曲線相疊加形成一條光譜曲線，存于存儲(chǔ)器中。
本實(shí)用新型的效果該儀器可以從三個(gè)角度即0度、60度、120度對(duì)目標(biāo)的偏振輻射測(cè)量，且能給出目標(biāo)的光譜反射率，解決了傳統(tǒng)光度學(xué)測(cè)量無(wú)法解決的一些問(wèn)題。在取得偏振測(cè)量結(jié)果的同時(shí)，還能夠提供輻射量的測(cè)量數(shù)據(jù)，是一種可測(cè)量各種不同地物在野外自然條件下的可見(jiàn)和近紅外波段偏振反射光譜的便攜式儀器。該儀器具有適中的光譜分辨率和測(cè)量時(shí)間，以及較高的信噪比。體積小，重量輕，以及由光學(xué)頭部和電子學(xué)機(jī)箱組成的兩個(gè)單元的結(jié)構(gòu)適合野外一個(gè)人進(jìn)行操作。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為光譜偏振探測(cè)頭的示意圖。
圖3為使用該儀器測(cè)量得的光譜偏振曲線圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1參見(jiàn)圖1、2，本實(shí)用新型包括光譜偏振測(cè)量頭1、定位激光器2、單片機(jī)控制系統(tǒng)3和計(jì)算機(jī)4，光譜偏振測(cè)量頭由偏振器5、退偏器19、物鏡6、場(chǎng)鏡7、入縫8、球面反射鏡9和平面反射光柵10組成。偏振器5由步進(jìn)電機(jī)11通過(guò)同步帶以傳動(dòng)1∶1驅(qū)動(dòng)，從三個(gè)角度即0度、60度、120度對(duì)目標(biāo)的偏振輻射測(cè)量。場(chǎng)鏡7位于物鏡6的焦平面上，將物鏡6成像到入縫8上，其作用是使物鏡6與入縫8共軛，使視場(chǎng)由長(zhǎng)方形變成了圓形。入縫8的寬度與256元硅光二極管線陣探測(cè)器12單個(gè)像元的大小相同；球面反射鏡9和平面反射光柵10構(gòu)成多色儀，入縫8和硅光二極管線陣探測(cè)器12的光敏面位于球面反射鏡9的焦平面上，球面反射鏡9起準(zhǔn)直和成像雙重作用。由于多色儀的最佳譜面為圓柱面，為獲得平直譜面，使平面反射光柵10表面到球面反射鏡頂點(diǎn)的距離等于球面反射鏡焦距的0.85倍。單片機(jī)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)18、時(shí)序電路13、程控放大電路14、A/D模塊轉(zhuǎn)換15、顯示屏16和存儲(chǔ)器17。定位激光器2是用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)量頭是否在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。計(jì)算機(jī)4是供用戶(hù)完成數(shù)據(jù)測(cè)量、處理和數(shù)據(jù)管理。退偏器19主要是解決光柵對(duì)偏振方向敏感性問(wèn)題，也就是說(shuō)，光入射到光柵刻痕表面時(shí)，對(duì)于強(qiáng)度相同而偏振方向不同的線偏振光，光柵效率不同，光柵的分譜能量分布相對(duì)于自然光會(huì)有所改變，從而影響測(cè)量精度。退偏器選用石英楔形退偏器，兩面都是光面，它的主要作用是利用石英晶體的雙折射特性，即對(duì)o光和e光產(chǎn)生不同的折射率，從而達(dá)到退偏的目的。又由于楔形辟的角度很小，光通過(guò)它以后只發(fā)生很小的偏移，基本上沒(méi)有能量損耗。參見(jiàn)圖3，該圖為采用該儀器在野外對(duì)某一草地垂直觀測(cè)所測(cè)得的光譜偏振度，相對(duì)誤差為0.2％(偏振度為10％)。
權(quán)利要求1.一種細(xì)分光譜偏振輻射計(jì)，包括光譜偏振測(cè)量頭、定位激光器、單片機(jī)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)，其特征在于光譜偏振測(cè)量頭由偏振器、退偏器、物鏡、場(chǎng)鏡、入縫、球面反射鏡和平面反射光柵組成，場(chǎng)鏡位于物鏡的焦平面上，物鏡與入縫共軛，入縫和探測(cè)器的光敏面位于球面反射鏡的焦平面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)分光譜偏振輻射計(jì)，其特征在于偏振器由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶的傳動(dòng)而驅(qū)動(dòng)，其傳動(dòng)比例為1∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)分光譜偏振輻射計(jì)，其特征在于平面反射光柵到反射鏡頂點(diǎn)的距離為球面反射鏡焦距的0.85倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)分光譜偏振輻射計(jì)，其特征在于入縫的寬度與探測(cè)器單個(gè)像元大小相同，球面反射鏡與光柵構(gòu)成多色儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)分光譜偏振輻射計(jì)，其特征在于所述的單片機(jī)控制系統(tǒng)，包括單片機(jī)、時(shí)序電路、程控放大電路、A/D模塊轉(zhuǎn)換、顯示屏和存儲(chǔ)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)分光譜偏振輻射計(jì)，其特征在于所述的置于物鏡前的退偏器選用石英楔形退偏器，兩面呈光面。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種細(xì)分光譜偏振輻射計(jì)，包括光譜偏振測(cè)量頭、定位激光器、單片機(jī)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)，其特征在于光譜偏振測(cè)量頭由偏振器、退偏器、物鏡、場(chǎng)鏡、入縫、球面反射鏡和平面反射光柵組成，場(chǎng)鏡位于物鏡的焦平面上，物鏡與入縫共軛，入縫和探測(cè)器的光敏面位于球面反射鏡的焦平面上。該儀器不僅解決了傳統(tǒng)光度學(xué)測(cè)量無(wú)法解決的問(wèn)題，在取得偏振測(cè)量結(jié)果的同時(shí)，還能夠提供輻射量的測(cè)量數(shù)據(jù)，而且功效好，體積小，重量輕，便于攜帶。
文檔編號(hào)G01N21/21GK2620258SQ0322160
公開(kāi)日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2003年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者洪津, 張運(yùn)杰, 楊偉鋒, 潘玲, 羅睿智, 孫曉兵, 宋志平, 龔平, 孟凡剛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所