一種新型的aotf光譜成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及AOTF光譜成像系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，更具體而言，涉及一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、提高成像清晰度的新型AOTF光譜成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜成像技術(shù)是將光譜技術(shù)與成像技術(shù)完美結(jié)合，同時(shí)具有光譜和空間分辨能力。光譜成像更有利于目標(biāo)的識(shí)別、捕捉與追蹤，光譜成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于遙感、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源探測(cè)、食品檢測(cè)、軍事目標(biāo)探測(cè)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。光譜成像技術(shù)按其分光方式，可以分為干涉型和色散型兩大類。傳統(tǒng)的色散型光譜成像技術(shù)多采用棱鏡、光柵作為分光元件，且技術(shù)較為成熟。它要求入射狹縫位于準(zhǔn)直系統(tǒng)的前焦面上，入射的輻射經(jīng)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直后，經(jīng)過(guò)棱鏡或光柵色散，由成像系統(tǒng)將狹縫按波長(zhǎng)成像在探測(cè)器的不同位置上，實(shí)現(xiàn)分光。傳統(tǒng)的色散型成像光譜技術(shù)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)高的空間分辨率及光譜分辨率均需小的入射狹縫，限制了光通量和信噪比，不利于弱光目標(biāo)的探測(cè)。
[0003]聲光可調(diào)諧濾光器(Acousto-optic tunable filter，A0TF)與傳統(tǒng)分光元件相比，具有體積小、通光孔徑大、調(diào)諧速度快、光譜范圍寬、衍射效率高等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，基于AOTF的成像光譜技術(shù)越來(lái)越受到研究者的關(guān)注?；贏OTF的成像光譜儀已經(jīng)在遙感、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)和食品檢測(cè)中得到應(yīng)用。而成像光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響著AOTF光譜成像性能的優(yōu)劣。
[0004]現(xiàn)有的AOTF光譜成像技術(shù)中的成像光學(xué)系統(tǒng)多采用二次成像方式，該成像系統(tǒng)首先由AOTF前面的前置光學(xué)系統(tǒng)將被測(cè)目標(biāo)的第一次像成在AOTF中，再由AOTF后面的成像系統(tǒng)將第二次像成在面陣探測(cè)器上，但由于這種方式像面上每一點(diǎn)的光線都以會(huì)聚光錐入射，而不同角度的入射光對(duì)應(yīng)著不同的衍射中心波長(zhǎng)和不同的衍射效率及角度，因此整個(gè)系統(tǒng)的光譜分辨率受到限制，并且由于光譜展寬及衍射角度展寬使得在衍射方向成像模糊。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足，提供一種只需在AOTF后面放置成像調(diào)焦鏡組的新型光譜成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)去除了傳統(tǒng)AOTF光譜成像中的前置光學(xué)系統(tǒng)，減小了整個(gè)系統(tǒng)的體積，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，并且提高成像清晰度。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種新型的AOTF光譜成像系統(tǒng)，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級(jí)和-1級(jí)衍射光對(duì)后續(xù)成像的影響；聲光晶體和壓電換能器組成的A0TF，位于上述偏振片和偏振片之間，對(duì)被測(cè)目標(biāo)光進(jìn)行濾光，通過(guò)對(duì)壓電換能器的驅(qū)動(dòng)掃頻，實(shí)現(xiàn)光譜測(cè)量；成像光學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)被測(cè)目標(biāo)距離及成像清晰度進(jìn)行調(diào)焦，使經(jīng)上述AOTF濾光后的每一波長(zhǎng)下成像清晰；面陣列光電探測(cè)器，將成像的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌跀?shù)據(jù)采集和處理的電信號(hào)；控制電腦，控制上述壓電換能器的驅(qū)動(dòng)頻率和驅(qū)動(dòng)功率，并對(duì)上述面陣列光電探測(cè)器的信號(hào)進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)光譜成像測(cè)量。
[0007]上述的AOTF是聲光可調(diào)濾光片，對(duì)被測(cè)目標(biāo)光進(jìn)行濾光，由于壓電換能器在特定的驅(qū)動(dòng)頻率下，對(duì)應(yīng)AOTF對(duì)特定波長(zhǎng)的濾光，因此通過(guò)對(duì)壓電換能器驅(qū)動(dòng)掃頻就可實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)光的濾光，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的光譜探測(cè)；壓電換能器可以根據(jù)波長(zhǎng)的要求改變驅(qū)動(dòng)頻率，并且可以通過(guò)被測(cè)光的強(qiáng)弱改變功率，進(jìn)而改變AOTF的衍射效率，起到光闌的作用，使得面陣列光電探測(cè)器很好的探測(cè)；控制電腦的作用主要包括兩項(xiàng):一是根據(jù)被測(cè)光的強(qiáng)弱、探測(cè)波長(zhǎng)的要求，對(duì)壓電換能器的驅(qū)動(dòng)功率和驅(qū)動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)；二是對(duì)面陣列光電探測(cè)器的信號(hào)進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)光譜成像測(cè)量。
[0008]所述成像光學(xué)系統(tǒng)中僅有成像調(diào)焦鏡組。
[0009]上述的成像調(diào)焦鏡組根據(jù)被測(cè)目標(biāo)距離及成像清晰度，對(duì)成像調(diào)焦鏡組調(diào)焦，使目標(biāo)光經(jīng)AOTF濾光后的每一波長(zhǎng)下成像清晰，最終成像在面陣列光電探測(cè)器上。
[0010]所述成像調(diào)焦鏡組的前面設(shè)置有視場(chǎng)光闌，所述視場(chǎng)光闌在調(diào)節(jié)大小時(shí)應(yīng)始終小于AOTF的通光孔徑。
[0011]上述的成像調(diào)焦鏡組的最前端有一視場(chǎng)光闌，主要有兩個(gè)作用，一是調(diào)節(jié)被測(cè)目標(biāo)視場(chǎng)，二是消除非AOTF濾光的雜散光干擾，視場(chǎng)光闌的大小應(yīng)調(diào)節(jié)到小于AOTF的通光孔徑。
[0012]所述第一偏振片的偏振方向?yàn)樗椒较蚯掖怪庇谀繕?biāo)光，所述第二偏振片的偏振方向?yàn)榇怪狈较蚯掖怪庇谀繕?biāo)光。
[0013]上述的方向設(shè)目標(biāo)光方向?yàn)閄軸方向，與X軸方向垂直且呈水平方向的為Y軸，與X軸垂直且呈垂直方向的為Z軸，由上可知，第一偏振片的偏振方向平行于y軸，第二偏振片的偏振方向平行于z軸，目標(biāo)光經(jīng)過(guò)第一偏振片I后為偏振方向平行于y軸的線偏振光，由于+1級(jí)衍射光與入射光偏振方向垂直，而O級(jí)衍射光與入射光偏振方向平行，也就是+1級(jí)衍射光為偏振方向平行于z軸的線偏振光，O級(jí)衍射光為平行于y軸的線偏振光，因此在AOTF后面加上第二偏振片使得進(jìn)入成像調(diào)焦鏡組光只有有用的+1級(jí)衍射光。
[0014]所述第一偏振片和第二偏振片優(yōu)選消光比高的偏振片，優(yōu)選Glan-Taylor偏振片。
[0015]所述控制電腦根據(jù)被測(cè)光的強(qiáng)弱、探測(cè)波長(zhǎng)的要求，對(duì)壓電換能器的驅(qū)動(dòng)功率和驅(qū)動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明所具有的有益效果為:
AOTF隨入射光角度的不同，衍射光波長(zhǎng)也不同，衍射角也不同，在加上AOTF衍射光的光譜存在一定的帶寬和旁瓣，并且這些帶寬和旁瓣的光波長(zhǎng)和衍射角都有一定不同，這也是傳統(tǒng)二次成像衍射方向成像較模糊的原因，因此在被測(cè)目標(biāo)光在通過(guò)AOTF的發(fā)散角越小，光的單色性越好，進(jìn)而成像越清晰，而本發(fā)明中目標(biāo)光只以很小的發(fā)射角(或者可以近似為平行光)進(jìn)入AOTF中，再由成像調(diào)焦鏡組將目標(biāo)成像在面陣列光電探測(cè)器上，因此，通過(guò)本發(fā)明中的方案，清晰度更高。
[0017]本發(fā)明還具有如下有益效果:
1)無(wú)前置光學(xué)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小；
2)減小了AOTF在衍射方向成像模糊現(xiàn)象； 3)該成像系統(tǒng)提高了光譜分辨率，進(jìn)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級(jí)和-1級(jí)衍射光對(duì)成像的影響；
5)壓電換能器可以通過(guò)被測(cè)光的強(qiáng)弱改變功率，進(jìn)而改變AOTF的衍射效率，起到光闌的作用，使得面陣列光電探測(cè)器很好的探測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]下面通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0019]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為光通過(guò)AOTF后的偏振態(tài)分析不意圖；
圖3為AOTF中心波長(zhǎng)為650nm時(shí)各波長(zhǎng)衍射效率圖；
圖4為現(xiàn)有技術(shù)中二次成像AOTF的成像結(jié)果圖；
圖5為本發(fā)明中AOTF的成像結(jié)果圖。