一種近紅外傅里葉變換光譜成像儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種近紅外傅里葉變換光譜成像儀。
【背景技術(shù)】
[0002]近紅外光譜含有豐富的物質(zhì)信息，不僅包含化學(xué)成分信息，還包含有物理特性、生物特性等，是物質(zhì)多方面綜合信息的反映。
[0003]近紅外光譜成像儀能夠同時(shí)獲得目標(biāo)的二維圖像和目標(biāo)每一點(diǎn)的完整近紅外光譜，在生物醫(yī)藥、農(nóng)產(chǎn)品和食品、法庭科學(xué)等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。近紅外光譜成像儀主要有色散型、濾光片型和近紅外傅里葉變換型等，近紅外傅里葉變換光譜成像儀較之于傳統(tǒng)色散型光譜成像儀和濾光片型光譜成像儀，具有高通量、多通道、高精度以及寬自由光譜范圍的優(yōu)點(diǎn)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。常用的近紅外傅里葉變換光譜成像儀采用經(jīng)典邁克爾遜干涉儀來實(shí)現(xiàn)，也就是時(shí)間調(diào)制型傅里葉變換光譜成像儀。
[0004]發(fā)明人在研究的過程中發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中，時(shí)間調(diào)制型傅里葉變換光譜成像儀存在嚴(yán)重缺陷，需要一套高精度的機(jī)械動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，機(jī)械動(dòng)鏡要求勻速運(yùn)動(dòng)，對(duì)傾斜、晃動(dòng)的范圍要求嚴(yán)格，還需要一套激光器進(jìn)行位移量的精確測(cè)量。上述問題導(dǎo)致精度和速度相互制約，故不適合快速光譜成像。由于干涉儀體積大，也影響了實(shí)用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種近紅外傅里葉變換光譜成像儀，回避了精密機(jī)械動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，避免了精度和速度相互制約的情況。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種近紅外傅里葉變換光譜成像儀，包括順序連接的前置成像鏡、準(zhǔn)直鏡、一體式干涉儀、成像鏡和面陣探測(cè)器；
[0008]所述前置成像鏡，用于對(duì)目標(biāo)進(jìn)行一次成像；
[0009]所述準(zhǔn)直鏡，置于所述前置成像鏡的后部，用于接收一次成像的光束并將一次成像后的光束準(zhǔn)直；
[0010]所述一體式干涉儀，置于所述準(zhǔn)直鏡的后部，用于接收準(zhǔn)直后的成像光束，并將準(zhǔn)直后的成像光束分成兩束光束并產(chǎn)生光程差；
[0011]所述成像鏡，置于所述一體式干涉儀后部，用于將帶有光程差的兩束光會(huì)聚成像到面陣探測(cè)器上并發(fā)生干涉；
[0012]所述面陣探測(cè)器，置于所述成像鏡后部，用于采集疊加有干涉條紋的目標(biāo)圖像。
[0013]進(jìn)一步的，所述一體式干涉儀包括實(shí)體分束器、定鏡、動(dòng)鏡、動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)器和位移傳感器；
[0014]所述實(shí)體分束器內(nèi)部設(shè)有分束膜，且在其入射光的對(duì)側(cè)設(shè)有定鏡，頂部設(shè)有動(dòng)鏡，且頂部預(yù)留動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)空間，用于將準(zhǔn)直后的入射光束分成等振幅的兩束光束，并產(chǎn)生光程差；
[0015]所述動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)器的底部與所述動(dòng)鏡連接，用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)鏡進(jìn)行直線勻速運(yùn)動(dòng)；
[0016]所述位移傳感器與所述動(dòng)鏡的一側(cè)連接，用于對(duì)動(dòng)鏡的位移量實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)控制。
[0017]進(jìn)一步的，所述實(shí)體分束器由第一分束器和第二分束器組成；
[0018]所述第一分束器為縱切面呈等腰直角三角形的三棱柱，所述第二分束器為縱切面呈直角梯形的四棱柱，所述分束膜設(shè)置于所述第一分束器的斜面上，所述第一分束器的斜面與所述第二分束器的斜面對(duì)接，且所述第二分束器的底面寬度和高度，均大于所述第一分束器的高度。
[0019]進(jìn)一步的，所述分束膜為半反半透的分束膜，用于將進(jìn)入實(shí)體分束器的入射光束，分成第一入射光束和第二入射光束；
[0020]所述第一入射光束，透過分束膜，在定鏡處被反射，反射回的光束再經(jīng)分束膜反射后成為第一出射光束；
[0021]所述第二入射光束，在分束膜處反射，在動(dòng)鏡處被反射，反射回的光束透過分束膜成為第二出射光束。
[0022]進(jìn)一步的，所述動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)器采用可實(shí)現(xiàn)高速直線運(yùn)動(dòng)的音圈電機(jī)，所述位移傳感器采用可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)鏡位移量的電容位移傳感器。
[0023]本發(fā)明還公開了一種近紅外傅里葉變換光譜成像方法，該方法包括以下步驟:
[0024]前置成像鏡對(duì)目標(biāo)一次成像；
[0025]準(zhǔn)直鏡將所述一次成像光束準(zhǔn)直；
[0026]—體式干涉儀將準(zhǔn)直后的成像光束分成兩束光束并產(chǎn)生光程差；
[0027]成像鏡將帶有光程差的兩束光會(huì)聚成像到面陣探測(cè)器上并發(fā)生干涉；
[0028]面陣探測(cè)器接收并采集疊加有干涉條紋的目標(biāo)圖像。
[0029]進(jìn)一步的，所述一體式干涉儀將準(zhǔn)直后的成像光束分成兩束光束并產(chǎn)生光程差，具體包括:
[0030]入射光束進(jìn)入一體式干涉儀的實(shí)體分束器中，在實(shí)體分束器中的分束膜處分成第一入射光束和第二入射光束；
[0031]所述第一入射光束，透過分束膜，在實(shí)體分束器入射光的對(duì)側(cè)外部設(shè)置的定鏡處被反射，反射回的光束再經(jīng)分束膜反射后成為第一出射光束；
[0032]所述第二入射光束，在分束膜處反射，在設(shè)置在實(shí)體分束器頂部空間處的動(dòng)鏡處被反射，反射回的光束透過分束膜成為第二出射光束；
[0033]第一出射光束和第二出射光束形成等振幅的兩束光束，并產(chǎn)生光程差。
[0034]進(jìn)一步的，該方法還包括，所述一體式干涉儀和所述面陣探測(cè)器由計(jì)算機(jī)同步控制，并對(duì)采集的目標(biāo)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理獲得目標(biāo)的光譜圖像。
[0035]進(jìn)一步的，所述動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)器的底部與所述動(dòng)鏡連接，驅(qū)動(dòng)動(dòng)鏡進(jìn)行直線勾速運(yùn)動(dòng)，動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)器的位移量由計(jì)算機(jī)控制，并根據(jù)設(shè)置在動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)器上的位移傳感器的位移測(cè)量信號(hào)對(duì)動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行反饋控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)控制。
[0036]進(jìn)一步的，所述動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)器采用音圈電機(jī)直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)高速直線運(yùn)動(dòng)；
[0037]所述位移傳感器采用電容位移傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)鏡的位移量。
[0038]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是采用音圈電機(jī)直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，并采用位移閉環(huán)控制，突破時(shí)間調(diào)制型近紅外傅里葉變換光譜成像儀精度與速度的相互制約，精度和速度都大大提高，并且干涉儀體積大大減小，實(shí)用性更強(qiáng)。
【附圖說明】
[0039]圖1為近紅外傅里葉變換光譜成像儀原理框圖。
[0040]圖中:目標(biāo)11，前置成像鏡12，準(zhǔn)直鏡13，一體式干涉儀14，成像鏡15，面陣探測(cè)器16，計(jì)算機(jī)17。
[0041 ] 圖2為一體式干涉儀示意圖。
[0042]圖中:實(shí)體分束器201，第一分束器202，第二分束器203，分束膜204，定鏡205，動(dòng)鏡206，動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)器207，位移傳感器208，動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)方向210，入射光束211，第一入射光束212，第二入射光束213，第一出射光束214，第二出射光束215。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體闡述，需要指出的是，本發(fā)明的技術(shù)方案不限于實(shí)施例所述的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員參考和借鑒本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，在本發(fā)明的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0044]如圖1所示，
[0045]本發(fā)明實(shí)施例提供該了一種近紅外傅里葉變換光譜成像儀，包括順序連接的前置成像鏡12、準(zhǔn)直鏡13、一體式干涉儀14、成像鏡15和面陣探測(cè)器16 ;
[0046]所述前置成像鏡12，用于對(duì)目標(biāo)11 一次成像；
[0047]所述準(zhǔn)直鏡13與所述前置成像鏡12連接，用于將所述一次成像光束準(zhǔn)直；
[0048]所述一體式干涉儀14與所述準(zhǔn)直鏡13連接，用于將準(zhǔn)直后的成像光束分成兩束光束并產(chǎn)生光程差；
[0049]所述成像鏡15與所述一體式干涉儀14連接，用于將帶有光程差的兩束光會(huì)聚成像到面陣探測(cè)器上并發(fā)生干涉；
[0050]所述面陣探測(cè)器16與所述成像鏡15連接，用于采集疊加有干涉條紋的目標(biāo)圖像。
[0051]進(jìn)一步的，所述一體式干涉儀14包括實(shí)體分束器201、定鏡205、動(dòng)鏡206、動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)器207和位移傳感器208 ;
[0052]所述實(shí)體分束器201內(nèi)部設(shè)有分束膜204，且在其入射光的對(duì)側(cè)設(shè)有定鏡205，頂部設(shè)有動(dòng)鏡206，且頂部預(yù)留動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)空間，
[0053]優(yōu)選的，在分束器201的入射光對(duì)側(cè)的外側(cè)面鍍反射膜形成定鏡205。
[0054]所述動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)器207的底部與所述動(dòng)鏡206連接，用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)鏡206進(jìn)行直線勻速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)鏡206運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)控制；
[0055]所述位移傳感器208與所述動(dòng)鏡206的一側(cè)連接，用于對(duì)動(dòng)鏡206的位移量實(shí)時(shí)監(jiān)控；
[0056]所述一體式干涉儀14，用于將準(zhǔn)直后的入射光束分成等振幅的兩束光束，并產(chǎn)生光程差。
[0057]進(jìn)一步的，所述實(shí)體分束器201由同種玻璃材料第一分束器202和第二分束器203組成；
[0058]所述第一分束器202為縱切面呈等腰直角三角形的三棱柱，所述第二分束器203為縱切面呈直角