[发明专利]一种小型快照成像光谱仪及其成像方法

说明书

一种小型快照成像光谱仪及其成像方法，属于快照式成像光谱技术领域。技术要点：依次设置起偏器，微透镜阵列，光轴相互垂直的双折射晶体柱阵列，检偏器，光电探测器及信号处理部件，其中光轴相互垂直的双折射晶体柱阵列按长度差顺序排列，每个双折射晶体柱不通光面涂覆吸光材料，起到光阑作用。目标通过微透镜阵列成像，经过双折射晶体柱阵列产生光程差等间距分布的图像信息，通过对光程差等间距分布的图像信息进行相应的傅里叶变换光谱复原获得目标图像的光谱信息。本发明不仅可以快速捕捉目标图像和光谱信息，并且结构紧凑，重量轻，可以在快速侦察、监测等领域中应用。

技术领域

本发明涉及一种成像光谱仪及其成像方法，具体涉及一种小型快照成像光谱仪及其成像方法，属于快照式成像光谱技术领域。

背景技术

傅里叶变换成像光谱仪是以迈克尔逊干涉仪或其他光程差产生原件为核心的干涉型成像光谱仪可以获得目标的干涉强度分布，通过傅里叶变换获得目标光谱信息，一般通过扫描方式获得二维空间信息。

随着光谱技术的发展，对成像光谱仪提出了快速实时地获取目标图像和光谱信息的研究。针对傅里叶变换型成像光谱仪，在上世纪九十年代由日本学者Akiko Hirai等人发表的论文“Application of Multiple-Image Fourier Transform Spectral Imaging toMeasurement of Fast Phenomena，OPTICAL REVIEW Vol.1，No.2(1994)205-207”中首次提出一种基于透镜阵列的快照式成像光谱系统，可以捕捉处于30r/m转速物体的图像和光谱信息，但该系统体积比较庞大，抗干扰能力差。此后，美国亚利桑那大学的MichaelW.Kudenov等人在发表的论文“Compact real-time birefringent imagingspectrometer，OPTICS EXPRESS 17973/Vol.20，No.16/30July 2012”中提出了一种基于微透镜阵列和Nomarski棱镜的小型化的快照式成像光谱仪，可以快速捕捉运动物体的图像和光谱信息。

该系统虽属于紧凑型实时快照成像光谱仪，但整体结构依然较大，不利于隐蔽及小型飞行器携带侦察及监测。并且由Nomarski棱镜或Wollaston棱镜所产生的光程差是连续变化的，透镜阵列每个子透镜产生的像包含了一段连续变化的光程差信息，理想情况下，每个子透镜仅对应一个光程差信息利于进行复原计算。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，为了解决上述问题，本发明设计了一种小型快照成像光谱仪，与现有快照型傅里叶变换成像光谱仪相比本发明不仅可以实现快速信息获取，并且结构更加紧凑，易于在侦察和检测等领域中应用，并且透镜阵列没个透镜产生的图像对应一个光程差，易于进行后续处理。

方案一：本发明提供了一种小型快照成像光谱仪，包括沿光线传播方向依次设置的起偏器，微透镜阵列，光轴相互垂直的双折射晶体柱阵列，检偏器，光电探测器及信号处理部件，所述光轴相互垂直的双折射晶体柱阵列的非通光面涂覆吸光材料；所述光轴相互垂直的双折射晶体柱阵列包括第一子晶体柱和第二子晶体柱，第一子晶体柱和第二子晶体柱按长度差顺序均匀分布成阵列并胶合在一起，第一子晶体柱和第二子晶体柱的长度差之差所能产生的光程差之差满足奈奎斯特采样定律，所产生的光程差之差小于二分之一最小测量波长。

其中：通过在晶体柱外围涂覆吸光材料限制了透镜阵列子透镜的视场，起到视场光阑作用，防止不同子透镜间成像产生串扰。

进一步地：所述微透镜阵列的子透镜的数量与光轴相互垂直的双折射晶体柱阵列的第一子晶体柱和第二子晶体柱的数量相等且一一对应。