Гиперспектрометр

Устройство относится к оптике и может быть использовано, в частности, для мониторинга сельскохозяйственных угодий и получения объективной информации об их состоянии.
Данные гиперспектральных измерений используются для решения сложных задач обнаружения малых объектов, идентификации их состава и происходящих в них процессов, выделения отличий между очень близкими классами объектов, оценки биохимических, геофизических и других параметров.
Гиперспектральные измерения позволяют эффективно выявить малые спектральные различия между отдельными элементами поверхности и обнаруживать интересующие объекты и процессы на поверхности Земли.
При этом одним из важнейших параметров гиперспектрометра, обеспечивающих выявление различий между объектами, является его спектральное разрешение.
200
300
//
/
/
Известен авиационный гиперспектрометр [RU 130699 U1, G01J 3/02 27.07.2013], содержащий блок входной телескопической системы, включающей установленные на одной оптической оси по ходу лучей входной объектив, щелевую диафрагму, вырезающую изображение узкой полоски зондируемой поверхности, коллиматор и оптоэлектронный блок, включающий выходной объектив и фотоприемное устройство с матрицей, а между названными блоками размещен диспергирующий блок, который выполнен в виде призмы из оптического материала со средней дисперсией n-n=0,062, с углом при вершине призмы α, равным 65°±30, причем, угол между оптической осью блока входной телескопической системы и гранью призмы, обращенной к названной системе, составляет β=35°10±1.
Недостатком этого технического решения является невысокое спектральное разрешение.
Наиболее близким к предложенному является устройство гиперспектральной визуализации с преобразованием Фурье [WO 2020039293, A1, G01J 3/02, 20.02.2020], содержащее систему оптического формирования изображения, выполненную с возможностью получения изображения объекта и имеющую оптическую ось (zi) и вход для входного излучения, поступающего из точек объекта, модуль регулируемого двулучепреломляющего интерферометра общего пути, который содержит входной поляризатор (112), двулучепреломляющий оптический элемент (108), соединенный с парой регулируемых клиньев (107, 110) и выполненный с возможностью введения фиксированной фазовой задержки между излучениями с ортогональными поляризациями, и поляризатор (113), сконфигурированный для проецирования компонентов излучения с фазовой задержкой в состояние общей поляризации, что позволяет им интерферировать, и модуль (106) интерферометра сконфигурированный для создания коллинеарных копий для ввода оптических лучей, параллельных указанной оптической оси, в двухмерный детектор света, сконфигурированный для приема реплик и предоставления цифровых изображений объекта в зависимости от упомянутой регулируемой фазовой задержке, устройство анализа, сконфигурированное для выполнения преобразования Фурье цифровых изображений для получения гиперспектрального представления объекта, в которой указанная система гиперспектральной визуализации сконфигурирована таким образом, чтобы показывать в работе первый периферийный луч упомянутого входного излучения, имеющий первую задержанную фазу cpi, связанную с регулируемым двулучепреломляющим интерферометрическим модулем, второй периферийный луч указанного входного излучения, имеющий вторую задержанную фазу cp2, связанную с регулируемым двулучепреломляющим интерферометрическим модулем, причем абсолютная разность Df первой
фазы cpi с задержкой и второй фазы cp2 с задержкой, меньшая, чем максимальное значение Acpmax, составляет от 1,0 p rad до 1,8 p rad, при этом модуль регулируемого двулучепреломляющего интерферометра общего пути содержит пару регулируемых клиньев, включающую оптический клин и подвижный оптический клин, сконфигурированные для обеспечения фазовой задержки между компонентами излучения, имеющими взаимно ортогональные поляризации, причем фазовая задержка зависит от переменного положения подвижного оптического клина, исполнительный модуль, вызывающий перемещение подвижного оптического клина.
Недостатком наиболее близкого технического решения, как и указанного выше аналога, является невысокое спектральное разрешение.
Это вызвано, в частности тем, что наиболее близкий аналог имеет относительно высокую сложность, связанную с включением в его состав элементов преобразования Фурье, например, модуль регулируемого двулучепреломляющего интерферометра общего пути в известном устройстве содержит входной поляризатор (112), двулучепреломляющий оптический элемент (108), соединенный с парой регулируемых клиньев (107, 110) и выполненный с возможностью введения фиксированной фазовой задержки между излучениями с ортогональными поляризациями, и поляризатор (113), сконфигурированный для проецирования компонентов излучения с фазовой задержкой в состояние общей поляризации, что позволяет им интерферировать, и модуль (106) интерферометра сконфигурированный для создания коллинеарных копий для ввода оптических лучей, параллельных указанной оптической оси. Наличие элементов преобразования Фурье существенно усложняет устройство и вносит искажения, которые приводят к уменьшению спектрального разрешения.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание гиперспектрометра с повышенным спектральным разрешением.
Требуемый технический результат заключается в повышении спектрального разрешения гиперспектрометра.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее входной объектив, выполненный с возможностью ввода входного изображения объекта, выходной объектив, выполненный с возможностью подачи выходного излучения на чувствительную поверхность матричного фотоприемника, и коллимирующий узел, согласно полезной модели, введена щелевая диафрагма, установленная между входным объективом и коллимирующим узлом, и диспергирующий элемент, установленный между коллимирующим узлом и выходным объективом, причем диспергирующий элемент выполнен в виду двух последовательно установленных спектральных призм.
На чертеже представлена оптическая схема гиперспектрометра.
Гиперспектрометр содержит входной объектив 1, щелевую диафрагму 2, коллимирующий узел 3, диспергирующий элемент 4, выходной объектив 5, плоскость расположения чувствительной площадки матричного фотоприемного устройства 6.
Гиперспектрометр работает следующим образом.
Излучение от исследуемого объекта попадает во входной объектив 1, который формирует изображение в своей фокальной плоскости, где установлена щелевая диафрагма 2. Далее это изображение проходит через коллимирующий узел 3, который формирует пучок параллельных лучей, падающий на диспергирующий элемент 4, который представляет собой две последовательно установленные спектральные призмы. Разложенное по спектру изображение через выходной объектив 5 попадает на матрицу фотоприемного устройства 6, где формируется гиперспектральное изображение.
Применение диспергирующего элемента в виде двух последовательно расположенных спектральных призм вместо одиночной призмы обеспечивает в два раза большую угловую дисперсию и, соответственно, в
два раза большее спектральное разрешение гиперспектрометра. Этим самым достигается требуемый технический результат повышения разрешения путем усовершенствования известного устройства.