[发明专利]一种用于矿物扫描分析的高光谱成像仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿物样品分析高光谱成像光谱仪，适用于在矿业勘探或开采过程中的矿物样品分析以及岩芯扫描编录过程，利用不同矿物的光谱频段响应特性，对岩石进行高光谱扫描与分析，属于高光谱成像探测技术领域。 

背景技术

目前，用于野外勘探过程的高光谱分析仪大多为非成像型，分光元器件以光栅为主，采用单点测量分析方式，比较著名的是美国光谱分析设备公司(ASD)的FieldSpec系列近红外光谱仪。而传统的高光谱成像光谱仪则主要用于航空遥感及卫星遥感，采用堆扫或是摆扫的方式，分光原理一般为棱镜、光栅分光或者是基于迈克尔逊的时间调制型以及基于横向剪切的空间调制型。这些成像光谱仪往往需要运动部件，体积和功耗都较大。不同于传统的航空或卫星遥感高光谱成像，用于矿石样品扫描的高光谱成像仪，要求分辨率高，快速(灵敏度高)、高稳定性和操作简便，可以根据光谱信息，直接用不同颜色或文字标出样品中所包含的不同的矿物种类，既能够用于平时的矿物样品扫描分析，也能用于岩芯的自动扫描编录过程。 

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有高通量，高信噪比，高稳定，结构简单的新型干涉成像光谱仪，并且将该干涉光谱技术用于直接的矿石成像分析与扫描。 

本发明的技术方法是： 

1.用光谱范围覆盖900-2500nm的灯光，如卤钨灯，经汇聚后，在一定距离内照射矿石样品。 

2.对反射或散射光进行收集和准直，使入射到成像系统的光，成为平行光。 

3.采用Sagnac型分光法，Sagnac分光部分的设计如图1，将入射光分为2束相干光，两束光的光程差可表述为2πv.d。 

4.两束完全相干的光在透镜后焦平面的HgCdTe面阵探测器上形成干涉条纹。 

5.将面阵探测器输出的的干涉图像送入处理器，进行傅里叶变换分析，最后得到样品的高光谱图像。 

为了保证光谱数据的精度，我们利用小型的固体激光器对光程差进行定标和修正。根据上述方法设计的干涉光谱仪，包含以下几个部分：前置准直模块、Sagnac横向剪切干涉光路模块(如图1)、光收集模块、面阵探测器、信号处理系统组合而成。另外，在干涉光路前还设有定标光路模块，包括小型固体激光器、反射镜组成。反射镜是为了将激光引入干涉仪。同时当定标光路启动时，位于前置光学系统的狭缝关闭，遮挡主光路的光线，这样光路中就只有副光路的激光用于定标。 

附图及实施例： 

图1为非对称sagnac干涉光路，由4块直角三角形的玻璃组成，第1和第2块玻璃为完全相同的等边直角三角形的玻璃，斜边镀半反半透分光膜，并粘合在一起。第3块和第4块玻璃同样为完全相同的直角三角形，2个锐角分别为22.5度和67.5度，斜边镀反射膜，并分别如图非对称的放置在垂直光轴的一定距离处，即第3块与第4块玻璃，距离分束中心的距离不完全对称，其差值为d。例如，第1块玻璃距离分束中心O的距离为25mm，第2块玻璃距离分束中心的距离为26mm，则d＝1mm；则Sagnac干涉光路系统能够将入射光沿垂直于光轴方向同向剪切为相距为d的完全相干的2束光，他们的强度相同或相似。4块玻璃可以方便的固定在方形容器内，通过直角放置，可以快速完成光路的调整。 

图2为干涉高光谱成像光谱仪实施略图，透镜1和2，组成前置光学系统，用于将目标发出的光束进行收集和准直，在1和2之间，还放置有自动狭缝，作为光阑，另外，当启动定标副光路时，狭缝将自动上移，遮闭主光路。图中3、4即为副光路系统，可用于干涉仪定标和调整。3为小型固体激光器，4为反射镜片。正常使用时，固体激光器关闭，当系统自检以及调整时，激光器打开，激光进入干涉光谱仪，同时位于前置光学系统的自动狭缝关闭主光路。干涉仪的标定系统可以监测震动、温度、污染等因素造成的光程差变化。收集光学系统6将剪切后的光束收集到后焦面的探测器上，并发生干涉，干涉条纹与剪切方向垂直。干涉的光程差与剪切量d以及探测器的距离和大小有关。光程差越大，光谱仪的分辨率越高。探测器7是干涉信号的接收器，探测器为HgCdTe面阵探测器，面阵探测器在使用前，需要对每个像元进行线性标定，用于光谱响应度的修正；探测器获取目标的两维空间信息以及一维光谱信息。信号处理系统 将得到的两维空间图像和像面干涉图采集下来，进行傅里叶变换分析，从而得到每个目标像元的高光谱图像，同时依据在不同波长下的高光谱图像，对岩石样品的不同矿物类型进行辨识，并以不同颜色和深浅进行标识。在整个系统中还集成了便携的光源系统，光源采用能够覆盖1000-2500nm的卤钨灯，灯光经过汇聚后，照射待分析的矿石样品。