Маломассогабаритные гиперспектрометры на основе дисперсионных элементов, содержащих осесимметричные структуры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Бланк Вероника Александровна

• Бланк Вероника Александровна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Бланк Вероника Александровна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор существующих конструкций гиперспектрометров

Глава 2. Дифракционный аксикон как дисперсионный элемент гиперспектрометра

2.1Моделирование изображающего гиперспектрометра на основе системы, выполняющей кольцевое преобразование Радона

2.2 Определение функции рассеяния точки

2.2.1 Функция рассеяния точки в гиперспектрометре на основе телескопической системы с дифракционной решёткой в фокальной плоскости и щелевой диафрагмой

2.2.2 Расчёт функции рассеяния точки для гиперспектрометра с аксиконом в рамках геометрической оптики

2.3 Изготовление аксикона

2.4 Эксперимент

Глава 3. Изображающие гиперспектрометры на основе дифракционных и гармонических линз

3.1 Экспериментальное получение серии изображений с помощью дифракционной линзы

3.1.1 Обработка экспериментальных изображений для получения спектрального изображения

3.2 Изображающие гиперспектрометры на основе элементов с двойной функциональностью

3.2.1Гиперспектрометр на основе дифракционной линзы и дифракционной решетки

3.2.2 Изображающий гиперспектрометр на основе гармонической линзы с дифракционной решеткой

3.2.3 Экспериментальное получение изображений при помощи изображающего гиперспектрометра на основе гармонической линзы с дифракционной решеткой

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Диссертация посвящена разработке и исследованию конструкций изображающих гиперспектрометров на основе дисперсионных элементов, в том числе содержащих осесимметричные структуры.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Маломассогабаритные гиперспектрометры на основе дисперсионных элементов, содержащих осесимметричные структуры»

Актуальность темы и степень её разработанности

В начале 19-го века количественное измерение рассеянного света было признано и стандартизировано открытием Джозефом фон Фраунгофером темных линий в спектре Солнца (1817) [1] и их интерпретацией как линий поглощения на основе экспериментов Бунзена и Кирхгофа [2]. Термин спектроскопия был впервые использован в конце 19-го века и обеспечивает эмпирические основы для атомной и молекулярной физики [3]. После этого астрономы начали использовать спектроскопию для определения лучевых скоростей звезд, скоплений, галактик и звездных составов [4]. Достижения в области технологий и повышение осведомленности о потенциале спектроскопии в 1960-1980-х годах привели к появлению первых аналитических методов [5, 6], включающих «дополнительные» полосы в многоспектральных формирователях изображений, а также первые концепции и приборы для получения изображений с помощью спектрометра [7-10]. В работах [11-15] описываются изображающие спектрометры для аэросъемки, эволюция которых привела к появлению космического варианта изображающего гиперспектрометра [16].

Развитие технологий и спектроскопические исследования в 1960-х -1980-х годах привели к разработке первых аналитических методов, используемых в дистанционном зондировании Земли [5,6], были включены «дополнительные» спектральные полосы в мультиспектральные сканеры. (например, полоса 2,09-2,35 мкм в Landsat для обнаружения гидротермальных изменений минералов), а также появились первые

концепции бортовых и космических спектрометров и приборов [7-9, 17]. Значительный прогресс был достигнут, когда бортовые спектрометры стали доступны на более широкой основе [11 -15, 18].

Несмотря на свой потенциал, изображающая спектроскопия часто была доступна только для ограниченного числа исследователей и специалистов из-за высокой стоимости спектральных камер и сложности обработки спектральных данных, соответствующих большому количеству полос. Кроме того, до недавнего времени коммерческие системы изображающей спектроскопии были в основном бортовыми устройствами для космических и летательных аппаратов, которые сложно было использовать на поверхности Земли [19].

В большинстве современных изображающих спектрометрах оптическая система, формирующая изображение, и дисперсионный элемент чётко разделены. В качестве дисперсионного элемента в изображающем спектрометре может использоваться как призма, так и дифракционная решётка [20]. При этом спектральное разрешение таких приборов всегда на один два порядка хуже, чем разрешение обычных спектрометров. Связано это, в первую очередь с тем, что в изображающих гиперспектрометрах используются существенно более низкочастотные дисперсионные элементы. Так если число линий на миллиметр в дифракционной решётке обычного спектрометра составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч, то в изображающих гиперспектрометрах обычно используются решётки, в которых не более нескольких десятков линий на миллиметр. Связано это с тем, что в изображающих гиперспектрометрах нежелательно сильно смещать изображение от оптической оси прибора, из-за уширения функции рассеяния точки. Это уширение можно нивелировать за счет использования дифракционных решёток на криволинейных поверхностях, например в работе [21] описан спектрометр, основанный на конфигурации Оффнера,

включающей два концентрических зеркала и сферическую дифракционную решётку. В статье [22] исследуется спектрометр Дайсона, который состоит из линзы из кварцевого стекла и вогнутой решётки. Но все указанные подходы ведут к необходимости использования дифракционных решёток на криволинейных поверхностях, изготовление которых затруднено по сравнению с плоскими дифракционными решётками. Принципиальная причина аберрационных искажений в гиперспектрометрах с дифракционной решеткой, это использование в осесимметричной оптической системе двух элементов, такой симметрией не обладающих: дифракционной решетки и щелевой диафрагмы.

В последнее время наметилась тенденция к разработке относительно простых по конструкции гиперспектрометров для использования на беспилотных летательных аппаратах, на вращающихся платформах, оптические схемы таких спектрометров представляют собой телескопическую систему с дисперсионным элементом в фокальной плоскости [23-25].

В рамках данной диссертации предполагается рассмотреть конструкции гиперспектрометров с дисперсионными элементами на плоской поверхности. При этом некоторые дисперсионные элементы будут иметь более сложную структуру, чем дифракционная решетка. В качестве дисперсионных элементов будут рассматриваться: дифракционный аксикон, дифракционная линза, а также ДОЭ, сочетающий в одном микрорельефе линзу и дифракционную решетку.

Дифракционный аксикон представляет собой дифракционную решётку, состоящую из концентрических окружностей [26,27]. В такой конфигурации отсутствуют характерные для гиперспектрометров с решеткой аберрационные искажения. Как будет показано далее, в такой системе при

определенном подборе параметров функция рассеяния точки будет сохранять свою форму для всего растра изображения, что дает возможность говорить о цифровых методах обработки полученных изображений с целью увеличения разрешения.

Попытки использовать аксикон в изображающих системах делаются достаточно давно [28].

Как было показано в работах [29, 30], оптическая схема в виде Фурье коррелятора с аксиконом в частотной плоскости реализует кольцевое преобразование Радона. Т.е. на выходе Фурье коррелятора будет сформирован Радон-образ исходного изображения. Там же в [29, 30] было показано, что Радон-образ произвольной кривой точно повторяет ее форму. В диссертации рассмотрено это свойство кольцевого преобразования Радона применительно к построению гиперспектральных изображений.

Также довольно давно предпринимаются попытки использования дифракционной линзы для различных приложений [31-36]. В том числе есть работы, посвящённые методам изготовления таких линз [37], а также спектральным свойствам дифракционной линзы [36]. Однако высокая хроматическая аберрация не позволяет использовать дифракционную линзу в изображающих системах [33, 38]. Дифракционная линза строит изображения для разных длин волн на разных расстояниях. Но этот недостаток дифракционной линзы является скорее достоинством, если использовать дифракционную линзу в качестве основы для спектрометра [39-41]. Разумеется, при этом надо учитывать, что на четкие изображения соответствующие определенной длине волны будут накладываться размытые изображения, соответствующие совокупности всех других длин волн.

В работах [39,40] рассматривается спектрометр, использующий в качестве дисперсионного элемента дифракционную линзу. При этом

фокусируемый дифракционной линзой свет пропускается через диафрагму и попадает на фотодиод, т.е. рассматриваемый в работах [3 9,40] спектрометр не является изображающим. В работах [41,42] рассматривается неизображающий спектрометр на основе сочетания дифракционной линзы и дифракционной решетки, за счет чего получается, по-настоящему, компактная конструкция.

Также дифракционная линза позволяет реализовать изображающий спектрометр [43]. В работе [43] простейшее исследование по возможности использования дифракционной линзы в качестве основы для изображающего спектрометра. Однако, поскольку в качестве дисперсионного элемента выступала бинарная дифракционная линза, авторы вынуждены были рассмотреть упрощенные примеры объектов для демонстрации работы такого спектрометра. В качестве исходных объектов рассматривались несколько разноцветных символов на мониторе, каждый из которых излучает в относительно узком спектральном диапазоне, кроме того для удобства символы были разделены пространственно, что еще сильнее упрощает задачу. При этом в статье [43], не было приведено ни одного спектра. В работе [44] было представлено расширенное исследование и приведены измеренные спектры, для лазерных пучков (лазеры Не-№ и Сг-№). На изображающем спектрометре измерялся спектр точечного объекта, состоящий из одной спектральной линии. Т.е. из работ [43, 44] можно сделать вывод, что дифракционная линза действительно позволяет получить спектральное изображение. Для подтверждения работоспособности такой конфигурации необходимо исследование величины погрешности, с которой строится спектральное изображение в спектрометре на основе дифракционной линзы.

В последнее время появилось много конструкций спектрометров, которые можно использовать совместно с мобильными устройствами [42,458

47]. Их использование позволяет любому человеку проводить ряд анализов, которые до этого были доступны только специализированным лабораториям. Действительно, оптическая схема спектрометра относительно несложная, и ее реализация не представляет особого труда. Однако очень часто для проведения качественного спектрального анализа возможностей обычного спектрометра недостаточно, нужен изображающий спектрометр. В последнее десятилетие гиперспектрометры широко используются в различных областях исследований. Чаще всего такие гиперспектрометры используют на спутниках или самолетах, но в последнее время все больший интерес вызывают миниатюрные спектрометры для создания портативных устройств [45]. К сожалению, оптическая схема изображающего спектрометра сложнее оптической схемы обычного спектрометра, это связано с необходимостью минимизации аберрационных искажений в спектральном блоке [41]. Это и является основным препятствием для создания гиперспектрометра, который можно было бы использовать в изображающем режиме вместе со смартфоном.

В работах [41,42,48] рассмотрены компактные спектрометры на основе линзы-решетки. Такой ДОЭ обладает двойной функциональностью, работая одновременно, как изображающая линза и как дифракционная решетка. Устройства, использующие в своем составе гармоническую линзу, позволяют существенно уменьшить массу, так как толщина гармонической линзы - это толщина пластины, на которой нанесен рельеф. Чем выше высота микрорельефа гармонической линзы, тем ближе свойства гармонической линзы к рефракционной линзе [49-52].

Резюмируя вышесказанное, необходимо подчеркнуть, что в рассмотренных выше работах:

1. Не исследовалась возможность использования радиально-симметричных элементов в качестве дисперсионного элемента в составе изображающих гиперспектрометров.

2. Не рассмотрена возможность использования френелевского спектрометра, основанного на 4-х уровневой дифракционной линзе в изображающем режиме.

3. Не рассматривалась возможность сочетания дифракционной решетки и линзы в одном рельефе. Так же не рассматривался изображающий вариант спектрометра, основанного на этом элементе.

На основе проведенного обзора были сформулированы цель и задачи диссертации.

Цель диссертационной работы

Разработка, моделирование и экспериментальное исследование изображающих спектрометров с улучшенными свойствами на основе использования плоских дисперсионных элементов, в том числе в виде радиально-симметричных структур.

Задачи диссертационной работы

1. Исследование функции рассеяния точки в изображающем гиперспектрометре с длиннофокусным входным объективом и дифракционным аксиконом в качестве дисперсионного элемента;

2. Экспериментальное исследование возможности использования 4-х уровневой дифракционной линзы с малой глубиной резкости в качестве дисперсионного элемента, а так же реализовать наиболее простую оптическую схему полнокадрового изображающего гиперспектрометра;

3. Экспериментальное исследование возможности использования оптических элементов с двойной функциональностью в изображающем гиперспектрометре.

Научная новизна работы

1. Предложено использование дифракционного аксикона в качестве дисперсионного элемента вместо линейной решетки. Показано, что функция рассеяния точки в изображающем гиперспектрометре с длиннофокусным входным объективом и дифракционным аксиконом в качестве дисперсионного элемента сохраняет свою форму по всему угловому полю изображения, при этом ширина функции рассеяния точки составляет 120 мкм, а это меньше ширины функции рассеяния точки в этой же оптической схеме с линейной дифракционной решеткой, в которой она достигает максимального значения в 150 мкм;

2. Показано, что использование 4-х уровневой дифракционной линзы в качестве дисперсионного элемента изображающего спектрометра позволяет добиться сопоставимых параметров с существующими спектрометрами на основе спектральных узкополосных фильтров, а именно: размер изображения - 200*200 при ширине ФРТ 70 мкм, спектральное разрешение - 5 нм и ошибка формирования спектра не более 13%;

3. Показано, что при объединении в одном рельефе гармонической линзы и дифракционной решетки можно получить изображающий режим работы гиперспектрометра, в отличие от существующего элемента, в котором дифракционная решетка и линза Френеля являются разными микрорельефами. При этом спектральное разрешением от 8 нм до 1 5 нм и пространственное разрешение до 50мм-1.

Положения, выносимые на защиту

1. Функция рассеяния точки в изображающем гиперспектрометре с длиннофокусным входным объективом и дифракционным аксиконом в качестве дисперсионного элемента сохраняет свою форму по всему угловому полю изображения, при этом ширина функции рассеяния точки составляет 120 мкм, а это меньше ширины функции рассеяния точки в этой же оптической схеме с линейной дифракционной решеткой, в которой она достигает максимального значения в 150 мкм;

2. Использование 4-х уровневой дифракционной линзы в качестве дисперсионного элемента изображающего спектрометра позволяет добиться сопоставимых параметров с существующими спектрометрами на основе спектральных узкополосных фильтров, а именно: размер изображения -200*200 при ширине ФРТ 70 мкм, спектральное разрешение - 5 нм и ошибка формирования спектра не более 13%;

3. Элемент с объединенным рельефом гармонической линзы и дифракционной решетки позволяет получить изображающий режим работы гиперспектрометра, в отличие от существующего элемента, в котором дифракционная решетка и линза Френеля являются разными микрорельефами. При этом спектральное разрешением от 8 нм до 15 нм и пространственное разрешение до 50мм-1.

Теоретическая значимость

Рассмотрены новые типы дисперсионных элементов.

Практическая значимость

Практическая значимость исследования заключается в возможности использования разработанных методов и подходов при разработке компактных изображающих спектрометров.

Достоверность полученных результатов

Достоверность результатов работы обеспечивается качественным совпадением результатов математического моделирования с результатами натурных экспериментов, и с результатами расчёта в коммерческих пакетах FRED и ZEMAX.

Методы исследования

В диссертационной работе используются геометрооптическое моделирование, моделирование на основе интегральных оптических преобразований, натурный эксперимент.

Личный вклад автора

Изложенные результаты в диссертации получены соискателем, либо при его непосредственном участии. Соискателем самостоятельно разрабатывались математические модели изображающих спектрометров и проводились эксперименты с этими спектрометрами. Постановка задач и обсуждение результатов проводились совместно с научным руководителем.

Разработаны математические модели: спектрометра с аксиконом в качестве дисперсионного элемента; спектрометра с 4-х уровневой дифракционной линзой в качестве дисперсионного элемента, а так же спектрометра на основе линзы-решетки. Разработаны экспериментальные макеты и проведены натурные эксперименты. А так же собраны устройства изображающих спектрометров на основе дифракционной линзы и на основе линзы-решетки.

Публикации и апробация работы

По теме диссертации опубликовано 24 работы, в том числе 8 статей в научных журналах и изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной

комиссией для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата и доктора наук.

Основные результаты работы докладывались на международных и всероссийских конференциях, в том числе на:

XII Всероссийской молодежной самарской конкурс-конференции научных работ по оптике и лазерной физике Самара, 12-15 ноября 2014 г.; Международной конференции и молодёжной школе «Информационные технологии и нанотехнологии» (ИТНТ-2015) Самара, 29 июня-01 июля 2015 г.; XIII Международной конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» г. Уфа, 16-18 ноября 2015г.; XIII Всероссийской молодежной самарской конкурс-конференции научных работ по оптике и лазерной физике Самара, 11-14 ноября 2015 г.; XII Международной конференции «Голография. Наука и практика. (Г0Л0ЭКСП0-2015)» Казань, 12-15 октября 2015 г.; Международной конференции и молодёжной школе «Информационные технологии и нанотехнологии» (ИТНТ-2016) Самара, 1719 мая 2016 г.; Международном семинаре «Основы лазерных микро- и нанотехнологий» г. Санкт-Петербург, 27 июня-1июля 2016г.; XIII международной конференции «Голография. Наука и практика» (ГОЛОЭКСПО - 2016) Ярославль, 12-15 сентября 2016 г.; III Международной конференции и молодежной школе «Информационные технологии и нанотехнологии» (ИТНТ-2017) г. Самара, 25-27 апреля 2017 г.; Симпозиуме: Оптика и биофотоника 2017, г. Саратов, 26-29 сентября 2017 г.; XV Всероссийской молодежной самарской конкурс-конференции научных работ по оптике и лазерной физике Самара, 14-18 ноября 2017 г.; IV Международной конференции и молодежной школе «Информационные технологии и нанотехнологии». г. Самара, 24-27 апреля 2018 г.; XV международной конференции по голографии и прикладным оптическим технологиям (HOLOEXPO - 2018)г. Нижний Новгород, 11-13 сентября 2018г.

Объём и структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 92 наименования. Работа изложена на 106 листах машинописного текста, содержит 72 рисунка, 2 таблицы.

Краткое содержание диссертации

Во введении обоснованы актуальность темы, новизна, теоретическая и практическая значимость и достоверность результатов работы, проведён обзор научной литературы по теме диссертационного исследования и сформулированы основные результаты, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору существующих конструкций гиперспектрометров.

Во второй главе исследуется изображающий гиперспектрометр на основе дифракционного аксикона. Проведено моделирование работы гиперспектрометра в коммерческом пакете FRED, а также получена функция рассеяния точки и показано, что ее ширина сопоставима с функцией рассеяния точки в этой же оптической схеме с дифракционной решеткой.

Была разработана моделирующая программа, которая сканирует изображение полукольцевой щелью. В телескопической системе аксикон был расположен в фокальной плоскости. После того как были получены изображения на выходе гиперспектрометра, проводилось восстановление, которое показало что изображения сопоставимы с исходными изображениями.

В третьей главе рассматриваются изображающие спектрометры на основе дифракционных и гармонических линз.

В том числе изображающий вариант френелевского спектрометра на основе изготовленной 4-х уровневой дифракционной линзы. Результаты

проведенных экспериментов по формированию спектрального изображения из серии изображений снятых при сканировании вдоль оптической оси дифракционной линзы показали, что погрешность формирования спектральных изображений с помощью дифракционной линзы составила 813%, что примерно соответствует погрешности существующих образцов гиперспектральных камер. Однако также было показано, что для восстановления изображения высокого разрешения вычислительная сложность алгоритма растет, что делает затруднительным использование этого спектрометра на современном уровне вычислительной техники.

Также рассматривается дифракционный оптический элемент, сочетающий в себе свойства линзы и дифракционной решетки. На основе этого элемента был собран лабораторный макет изображающего гиперспектрометра и экспериментально получены гиперспектральные изображения.

Показано, что при использовании таких дифракционных элементов с двойной функциональностью можно уменьшить устройство до маломассогабаритных размеров, которые позволят работать с мобильными устройствами.

Глава 1. Обзор существующих конструкций гиперспектрометров

Изображающие спектрометры, в которых используется сферическая и концентрическая оптика, оказались очень привлекательными, поскольку они обеспечивают простую настройку и очень компактную конфигурацию с высокими оптическими характеристиками во всем спектральном диапазоне системы [54]. Существуют различные концентрические конструкции, такие как схема Дайсона [55-57] или схема Оффнера [58-64]. Среди них спектрометр Оффнера, который был предложен в 1975 году, получил наибольшее количество анализов (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Схема Оффнера, предложенная в 1975 г [58]

Было показано, что обеспечивается высокое отношение сигнал / шум и малые размеры пятна вместе с низкими пространственными и спектральными искажениями [62-64]. Этот спектрометр основан на изображающей системе Оффнера, содержащей вогнутое первичное и третичное зеркала и выпуклое вторичное зеркало. В конструкции спектрометра вторичное зеркало заменяется отражающей выпуклой дифракционной решеткой [59, 60]. Поскольку дифракция на решетке не имеет симметрии зеркального отражения, дальнейшее улучшение достигается путем разделения вогнутого зеркала на два концентрических зеркала с разными радиусами [62-64]. На рисунке 1.2 представлена схема Оффнера, описанная в работе [62].

Регистр плоскость

"Зеркало 1

Зеркало 2

Рисунок 1.2 - Схема Оффнера, предложенная в работе [62]

Статьи [54, 65-68*] посвящены исследованию и моделированию гиперспектрометров на основе схемы Оффнера. В статье [54] представлена процедура проектирования, которая позволяет разрабатывать высококачественные спектрометры на основе схемы Оффнера.

В статье [65] проведено моделирование гиперспектрометров на основе схемы Оффнера с призмой и дифракционной решеткой и показано, что в такой схеме все же лучше использовать дифракционную решетку, так как в таком случае снижается общий вес оптической системы. А также в такой схеме более равномерное распределение спектральных изображающих компонент. В статье [66, 67*] проведены испытания макетного образца гиперспектрометра на основе схемы Оффнера. Проведена юстировка устройства и получены гиперспектральные изображения. На рисунке 1.3 продемонстрирован гиперспектрометр на основе схемы Оффнера [66]

Рисунок 1.3 - Изображающий гиперспектрометр на основе схемы Оффнера

[66]

Для высокой производительности и компактной структуры используется схема Дайсона, как показано на рисунке 1.4 [69]. В 1959 году Дайсон впервые предложил схему [70]. С тех пор во многих работах эта концепция была расширена до полностью работающих систем [57].

_____— ---—'

— _= —

1 — —

1 у—^

Рисунок 1.4 - Спектрометр Дайсона [69]

В последние годы многие научно-исследовательские институты разрабатывают множество компактных спектрометров на основе схемы Дайсона [56, 71-75] (рисунок 1.5). Преимущества этой конкретной

концентрической конфигурации заключаются в следующем: (1) резкое изображение из-за присущего отсутствия аберраций Зейделя; (2) высокая числовая апертура; (3) плоское поле; (4) асферические оптические поверхности не требуются [76, 77].

Рисунок 1.5 - Спектрометр Дайсона, описанный в [56]

В статье [78] описан компактный спектрометр на основе схемы Дайсона весом до 25 кг, который подходит для использования с беспилотными летательными аппаратами и микроспутниками (рисунок 1.6). Он подходит для исследований в области минералогии, картографировании ресурсов и сельского хозяйства.

Рисунок 1.6 - Компактный спектрометр на основе схемы Дайсона [78]

Все эти схемы очень популярны и довольно хорошо изучены, но все же в их составе используются сложные оптические элементы, которые являются дорогостоящими и добиться компактности спектрометров, чтобы использовать с мобильным устройством невозможно. В связи с этим в последние годы все больше исследуются новые возможные конструкции изображающих спектрометров, которые будут довольно компактны и доступны для большего числа людей, а не только для научных сотрудников.

В статье [79] разработан модуль изображающего спектрометра на мобильные устройства (весом около 99 г), который оснащен камерой Refex с одной линзой (рисунок 1.7). Используя этот легкий модуль, а также широко используемое фотографическое оборудование, можно получить спектральные изображения в режиме реального времени, включая измерение цвета воды в океане (или озере) и измерение отражательной способности растений. На основании экспериментов авторы статьи получили трехмерные спектральные изображения кубов, которые могут быть дополнительно проанализированы. Кроме того, такая система может применяться ко многим видам камер, например, к аэрофотокамере и подводной камере. Поэтому любая камера может быть модернизирована до изображающего спектрометра с помощью такого миниатюрного модуля.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бланк Вероника Александровна, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Fraunhofer, J. Bestimmung des Brechungs- und Farbenzerstreuungs-Vermoegens verschiedener Glasarten, in Bezug auf die Vervollkommnung achromatischer Fernroehre [Text] / J. Fraunhofer // Gilberts Annalen der Physik. - 1817. - Vol. 56. - P. 264-313.

2 Bunsen, R. Untersuchungen ueber das Sonnenspektrum und die Spektren der Chemischen Elemente [Text] / R. Bunsen, G. Kirchhoff // Abh. kgl. Akad. Wiss. - 1861, p. 1863.

3 Born, M. Principles of Optics [Text] / M. Born, E. Wolf // Cambridge: Cambridge University Press. - 1999. - p. 808.

4 Hearnshaw, J.B. The Analysis of Starlight. One hundred and fifty years of astronomical spectroscopy [Text] / J.B. Hearnshaw // Cambridge Univ. Press. -1986. - p. 546.

5 Arcybashev, E.S. The Reflectance of Tree Species [orig. russ.]," [Text] / E.S. Arcybashev, S.V. Belov // Russian Data on Spectral Reflectance of Vegetation, Soil, and Rock Types. - 1958. - P. 232.

6 Lyon, J.P. Evaluation of infrared spectroscopy for compositional analysis of lunar and planetary oils [Text] / J.P. Lyon // Stanford. Res. Inst. Final Rep. Contract NASA. - 1962. - Vol. 49(04).

7 Goetz, F.H. Mineral Identification From Orbit - Initial Results From The Shuttle Multispectral Infrared Radiometer [Text] / F. H. Goetz, L. C. Rowan, and M. J. Kingston // Science. - 1982. - Vol. 218. - p. 1020-1024.

8 Collins, W. Mineralogical Mapping of Sites Near Death Valley, California and Crossman Peak, Arizona, using Airborne Near-Infrared Spectral Measurements [Text] / W. Collins, S. H. Chang, and G. L. Raines // Proc. Intl. Symp. on Remote Sens. of Environ., 2nd Thematic Conference on Remote Sensing for Exploration Geology, Fort Worth, TX. - 1982.

9 Vane, G. Introduction Airborne Imaging Spectrometer (AIS-1, AIS-2) [Text] / G. Vane // Proc. Second Airborne Imaging Spectrometer Data Analysis Workshop, Pasadena, CA. - 1986.

10 Vane, G. Airborne Imaging Spectrometer - A New Tool For Remote-Sensing [Text] / G. Vane, A. F. H. Goetz, and J. B. Wellman // Ieee Transactions On Geoscience And Remote Sensing. - 1984. - Vol. 22. - P. 546-549.

11 Goetz, F.H. Imaging spectrometry for earth remote sensing [Text] / A. F. H. Goetz, G. Vane, J. E. Solomon, and B. N. Rock // Science. - 1985. - Vol. 228.

- P. 1147.

12 Gower, F.R. Fluoresence Line Imager: First Results from Passive Imaging of Chlorophyll Fluoresence [Text] / F. R. Gower, G. A. Borstad, and H. R. Edel // presented at International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), Michigan. - 1987.

13 Kruse, F.A. Mineral mapping at Cuprite, Nevada with a 63-channel imaging spectrometer [Text] / F. A. Kruse, K. S. Kierein-Young, and J. W. Boardman // Photogrammetric Engineering & Remote Sensing. - 1990. - Vol. 56. - P. 83.

14 Rowlands, N. Short-wave infrared (SWIR) imaging spectrometer for remote sensing [Text] / N. Rowlands, R. A. Neville, and I. P. Powell // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 1994. - Vol. 2269.

- P. 237.

15 Green, R.O. Imaging spectroscopy and the Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) [Text] / R. O. Green, M. L. Eastwood, C. M. Sarture, T. G. Chrien, M. Aronsson, B. J. Chippendale, J. A. Faust, B. E. Pavri, C. J. Chovit, M. Solis, M. R. Olah, and O. Williams // Remote Sensing of Environment. - 1998. - Vol. 65. - P. 227.

16 Goetz, F.H. The High-Resolution Imaging Spectrometer (Hiris) For Eos [Text] / F. H. Goetz and M. Herring // Ieee Transactions On Geoscience And Remote Sensing. - 1989. - Vol. 27. - P. 136-144.

17 Collins, W. Mineralogical Mapping of Sites Near Death Valley, California and Crossman Peak, Arizona, using Airborne Near-Infrared Spectral Measurements [Text] / W. Collins, S. H. Chang, and G. L. Raines // Proc. Intl. Symp. on Remote Sens. of Environ., 2nd Thematic Conference on Remote Sensing for Exploration Geology, Fort Worth, TX. - 1982.

18 Schaepman, M.E. Imaging Spectrometers [Text] / M.E. Schaepman // THE SAGE HANDBOOK OF REMOTE SENSING. - 2009. - Vol. 5270. - P. 166178.

19 Robles-Kelly, A. Imaging spectroscopy for scene analysis: Challenges and opportunities [Text] / A. Robles-Kelly, B. Simpson-Young // IET Computer Vision. - 2013. - Vol. 7(6). - P. 467-477.

20 Казанский, Н.Л. Моделирование гиперспектрометра на спектральных фильтрах с линейно-изменяющимися параметрами [Текст] / Н.Л. Казанский, С.И. Харитонов, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. - 2014. - Т. 38, №2. - С. 256-270.

21 Mouroulis, P. Optical design of a compact imaging spectrometer for planetary mineralogy [Text] / P. Mouroulis, R.G. Sellar, D.W. Wilson // Optical Engineering. - 2007. - V. 46, №6. - P. 063001-1-9.

22 Reininger, F. M. Imaging spectrometer/camera having convex grating // Patent US №. 6100974. 8.08.2000.

23 Cai, F. Pencil-like imaging spectrometer for biosamples sensing [Text] / F. Cai, D. Wang, M. Zhu, S. He // Biomedical optics express. - 2017. - Vol. 8(12). -P. 5427-5436.

24 Zhang, H. Development of a Portable Field Imaging Spectrometer: Application for the Identification of Sun-Dried and Sulfur-Fumigated Chinese Herbals

[Text] / H. Zhang, T. Wu, L. Zhang, P. Zhang // Applied Spectroscopy. - 2017. - Vol. 70(5). - P. 879-887.

25 Wu, T. Shortwave Infrared Imaging Spectroscopy for Analysis of Ancient Paintings [Text] / T. Wu, G. Li, Z. Yang, H. Zhang, Y. Lei, N. Wang, L. Zhang // Applied Spectroscopy. - 2016. - Vol 71(5). - P. 977-987.

26 Хонина, С.Н. Применение аксиконов в изображающих системах для увеличения глубины фокуса [Текст] / С.Н. Хонина, Д.А. Савельев // Известия Самарского научного центра РАН. - 2011. - Т. 13, №6. - С. 715.

27 Burvall, A. Lens axicons in oblique illumination [Text] / A. Burvall, K. Kolacz, A.V. Goncharov, Z. Jaroszewicz , C. Dainty // Applied Optics. -2007. - V.46, №3. - P. 312-318.

28 Arimoto, R. Imaging properties of axicon in a scanning optical system [Text] / R. Arimoto // Applied Optics. - 1992. - V. 31, № 31. - P. 6653-6657.

29 Котляр, В.В. Кольцевое преобразование Радона [Текст] / В.В. Котляр //Компьютерная оптика. - 2003. - Т. 25. - С. 126-131.

30 Котляр, В.В. Уравнение для изображающей оптической системы с аксиконом [Текст] / В.В. Котляр // Автометрия. - 2004. - Т. 40, № 3. - С. 90-99.

31 Хонина, С.Н. Бинарная линза: исследование локальных фокусов [Текст] / С.Н. Хонина, А.В. Устинов, Р.В. Скиданов // Компьютерная оптика. -2011. - Т. 35, №3. - C. 339-346.

32 Buralli, D. A. Design of diffractive singlets for monochromatic imaging [Text] / D. A. Buralli, G.M. Morris // Applied optics. - 1991. - V. 30, №16. - P. 2151-2158.

33 Казанский, Н.Л. Формирование изображений дифракционной многоуровневой линзой [Текст] / Н.Л. Казанский, С.Н. Хонина, Р.В. Скиданов, А.А. Морозов, С.И. Харитонов, С.Г. Волотовский // Компьютерная оптика. - 2011. - Т. 38, № 3. - С. 325-345.

34 Motogaito, A. Fabrication of Binary Diffractive Lenses and the Application to LED Lighting for Controlling Luminosity Distribution [Text] / A. Motogaito, Kazumasa Hiramatsu. // Optical and Photonics Journal. - 2013. - V. 3, №1. -P. 67-73.

35 Miyamoto, K. The phase Fresnel lens [Text] / K. Miyamoto // Journal of the Optical Society of America. - 1961. - V. 51, №1. - P. 17-20.

36 Faklis, D. Spectral properties of multiorder diffractive lenses [Text] / D. Faklis, G.M. Morris // Applied Optics. - 1995. - V. 34, №14. - P. 2462-2468.

37 Faklis, D. Optical design with diffractive lenses [Text] / D. Faklis, G.M. Morris // Photon. Spectra. - 1991. - V. 25, №11. - С. 205-208.

38 Faklis, D. Diffractive lenses in broadband optical system design [Text] / D. Faklis, G.M. Morris // Photon. Spectra. - 1991. - V. 25, № 12. - С. 131-134.

39 Kitaura, N. Spectrometer employing a micro-Fresnel lens [Text] / N. Kitaura, S. Ogata, Y. Mori // Optical Engineering. - 1995. - V. 34. - P.584-588.

40 Park, Y. Miniaturization of a Fresnel spectrometer [Text] / Y. Park // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2008. - V. 10. - P. 095301.

41 Yang, C. Proposal and demonstration of a spectrometer using a diffractive optical element with dual dispersion and focusing functionality [Text] / C. Yang, P. Edwards, K. Shi, Z. Liu // Optical Letters. - 2011. - V. 36. - P. 20232025.

42 Yang, C. Demonstration of a PDMS based hybrid grating and Fresnel lens (G-Fresnel) device [Text] / C. Yang, K. Shi, P. Edwards, Z. Liu // Optics Express. - 2010. - V. 18, №23. - P. 23529-23534.

43 Lyons, D. Image spectrometry with a diffractive optic [Text] / D. Lyons // Proc. SPIE. - 1995. - V. 2480. - P.123-131.

44 Lyons, D. The DOE in "DOIS" a diffractive optic image spectrometer [Text] / D. Lyons, K. Whitcomb // Proc. SPIE. - 1996. - V. 2689. -P. 274-283.

45 Chang, C.I. Hyperspectral Data Processing: Algorithm Design and Analysis. Hoboken, HJ: John Wiley & Sons, Inc. - 2013. - 1164 p.

46 Гашников, М.В. Бортовая обработка гиперспектральных данных в системах дистанционного зондирования Земли на основе иерархической компрессии [Текст] / М.В. Гашников, Н.И. Глумов // Компьютерная оптика. - 2016. - Т. 40, № 4. - С. 543-551.

47 Воропай, Е.С. Дисперсионный гиперспектрометр с реконфигурируемой входной апертурой на основе микрозеркальной матрицы [Текст] / Воропай Е.С., Гулис И.М., Купреев А.Г., Каплевский К.Н., Костюкевич А.Г., Радько А.Е., Шевченко К.А. // Вестник БГУ. - 2009. - Сер.1, №3. -С. 31-35.

48 Yang, C. A compact optical spectrometer based on a single-grating Fresnel diffractive optical element [Text] / C. Yang, P.S. Edwards, K. Shi, Z. Liu // Proc. SPIE, Next-Generation Spectroscopic Technologies V. - 2012. - Vol. 83740.

49 Хонина, С.Н. Сравнительное исследование спектральных свойств асферических линз [Текст] / С.Н. Хонина, А.В. Устинов, Р.В. Скиданов, А.А. Морозов // Компьютерная оптика. - 2015. - Т. 39, № 3. - С. 363-369

50 Скиданов, Р.В. Гармоническая линза с кольцевой апертурой [Текст] / Р.В. Скиданов, Ю.С. Стрелков, С.Г. Волотовский // Компьютерная оптика. -2017. - Т. 41(6). - С. 842-847.

51 Харитонов, С.И. Геометрооптический расчет фокального пятна гармонической дифракционной линзы [Текст] / Харитонов С.И.,

Волотовский С.Г., Хонина С.Н. // Компьютерная оптика. - 2016. - Т. 40, № 3. - С. 331-337.

52 Хонина, С.Н. Анализ фокусировки гармонической дифракционной линзой с учётом дисперсии показателя преломления [Текст] / С.Н. Хонина, С.Г. Волотовский, А.В. Устинов, С.И. Харитонов // Компьютерная оптика. - 2017. - Т. 41, № 3. - С. 338-347. - DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-3-338-347.

53 Zhou, Q. Economic fabrication of a novel hybrid planar Grating/Fresnel lens for miniature spectrometers [Text] / Q. Zhou, X. Li, M. Geng, H. Hu, K. Ni, L. Zhong, P. Yan, X. Wang // Optics Express. - 2018. - Vol.26(5). - P.6079-6089.

54 Prieto-Blanco, X. The Offner imaging spectrometer in quadrature [Text] / X. Prieto-Blanco, C. Montero-Orille, H. Gonzalez-Nunez, M.D. Mouriz, E.L. Lago, and R. de la Fuente // Optics Express. - 2010. -Vol.18(12). - P.12756-69.

55 Lobb, D. R. Imaging spectrometer using concentric optics [Text] / D. R. Lobb // Proc. SPIE. - 1997. - Vol. 3118. - P. 339-347.

56 Mouroulis, P. Optical design of a coastal ocean imaging spectrometer [Text] / P. Mouroulis, R. O. Green, and D. W. Wilson // Opt. Express. - 2008. - Vol. 16(12). - P. 9087-9096.

57 Warren, D. W. Dyson spectrometers for high performance infrared applications [Text] / D. W. Warren, D. J. Gutierrez, and E. R. Keim //Opt. Eng. - 2008. -Vol. 47(10). - P. 103061.

58 Offner, A. New Concepts in Projection Mask Aligners [Text] / A. Offner // Optical engineering. - 1975. - Vol. 14(2). - P. 130-132.

59 Das, N.C. Flat field spectrograph using convex holographic diffraction grating and concave mirror [Text] / N.C. Das, and M.V.R.K. Murty // J. Phys. - 1986. - Vol. 27. - P. 171-192.

60 D. Kwo, G. Design of a grating spectrometer from a 1:1 Offner mirror system [Text] / D. Kwo, G. Lawrence, and M. Chrisp // Proc. SPIE. - 1987. - Vol. 818. - P. 275-279.

61 Chrisp, M.P. Convex diffraction grating imaging spectrometer [Text] / M. P. Chrisp // U.S. Patent n° 5,880,834. - 1999.

62 Mouroulis, P. Pushbroom imaging spectrometer with high spectroscopy data fidelity: experimental demonstration [Text] / P. Mouroulis, and M. M. McKerns // Opt. Eng. - 2000. - Vol. 39(3). - P. 808-816.

63 Davis, C. Ocean PHILLS hyperspectral imager: design, characterization, and calibration [Text] / C. Davis, J. Bowles, R. Leathers, D. Korwan, T. V. Downes, W. Snyder, W. Rhea, W. Chen, J. Fisher, P. Bissett, and R. A. Reisse // Opt. Express. - 2002. - Vol. 10(4). - P. 210-221.

64 Prieto-Blanco, X. Analytical design of an Offner imaging spectrometer [Text] / X. Prieto-Blanco, C. Montero-Orille, B. Couce and R. de la Fuente // Opt. Express. - 2006. - Vol. 14(20). - P. 9156-9168.

65 Казанский, Н.Л. Моделирование работы гиперспектрометра, основанного на схеме Оффнера, в рамках геометрической оптики [Текст] / Н.Л. Казанский, С.И. Харитонов, А.В. Карсаков, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. - 2014. - Т.38(2). - С. 271-280.

66 Карпеев, С.В. Юстировка и исследование макетного образца гиперспектрометра по схеме Оффнера [Текст] / С.В. Карпеев, С.Н. Хонина, А.Р. Мурдагулов, М.В. Петров // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - 2016. - Т. 15(1). - С. 197-206.

67 * Blank, V.A. Experimental study of the Optical Transfer Function (OTF) and spectral accuracy of the imaging hyperspectrometer based on the Offner scheme [Text] / V.A. Blank, R.V. Skidanov // CEUR Workshop Proceedings. -2016. - Vol. 1638. - P. 8-15.

68 *Скиданов, Р.В. Двухдиапазонная дифракционная решетка для спектрометра на основе схемы Оффнера [Текст] / Р.В. Скиданов, В.А. Бланк // Компьютерная оптика. - 2016. - Т. 40(6). - C. 968-971

69 Zou, C. Design and Test of Portable Hyperspectral Imaging Spectrometer [Text] / C. Zou, J. Yang, D. Wu, Q. Zhao, Y. Gan, D. Fu, F. Yang, H. Liu, Q. Bai, and B. Hu // Journal of Sensors. - 2017. - Vol. 2017. - P. 1-8.

70 Dyson, J. Unit magnification optical system without seidel aberrations [Text] / J. Dyson // Journal of the Optical Society of America. - 1959. - Vol. 49(7).

71 Johnson, W.R. Thermal infrared spectral imager for airborne science applications [Text] / W. R. Johnson, S. J. Hook, P. Mouroulis et al., // Proceedings of the Infrared Technology and Applications XXXV. - 2009. -Vol. 7298. - P. 729802-1.

72 Lucke, R. The Schmidt-Dyson: A fast space-borne wide-field hyperspectral imager [Text] / R. Lucke and J. Fisher // Proceedings of the Imaging Spectrometry XV. - 2010. - Vol. 7812. - P. 1-12.

73 Montero-Orille, C. Two-wavelength anastigmatic Dyson imaging spectrometers [Text] / C. Montero-Orille, X. Prieto-Blanco, H. Gonzralez-Nru~nez, and R.De La Fuente // Optics Letters. - 2010. - Vol. 35(14). - P. 2379-2381.

74 Mouroulis, P. The portable remote imaging spectrometer (PRISM) coastal ocean sensor [Text] / P. Mouroulis, B. E. Van Gorp, R. O. Green et al. // Imaging and Applied Optics Technical Digest. - 2012.

75 Johnson, W.R. Microbolometer imaging spectrometer [Text] / W.R. Johnson, S.J. Hook, and S.M. Shoen // Optics Letters. - 2012. - Vol. 37(5). - P. 803805.

76 Mertz, L. Concentric spectrographs [Text] / L. Mertz// Applied Optics. - 1977. - Vol. 16(12). - P. 3122-3124.

77 Lobb, D.R. Imaging spectrometers using concentric optics [Text] / D.R. Lobb // Proceedings of the Imaging Spectrometry III. - 1997. - P. 339-347.

78 Qian, S.E. Development of advanced miniaturized Dyson imaging spectrometer for Mars rover and small aircrafts [Text] / S.E. Qian, M. Maszkiewicz, A. Hollinger, E. Martin, J.P. Ardouin, et al // Proceedings of SPIE. - 2012. - Vol. 853205.

79 Cai, F. A mobile device-based imaging spectrometer for environmental monitoring by attaching a lightweight small module to a commercial digital camera [Text] / F. Cai, W. Lu, W. Shi, S. He // Scientific Reports. - 2017. -Vol. 7(15607). - P. 1-9.

80 Vinogradov, A.N. Hyperspectrometer for the 900-1700 nm near-infrared region [Text] / A.N. Vinogradov, V. V. Egorov, A. P. Kalinin, A. I. Rodionov, and I. D. Rodionov // Journal of Optical Technology. - 2017. - Vol. 84(10). -P. 683-687.

81 Wang, X. Atmospheric Aerosol Multiband Synthesis Imaging Spectrometer [Text] / X. Wang, Z. Zhang, S. Wang, Y. Huang, G. Lin, Z. Li, X. Yang // Applied Spectroscopy. - 2018. - Vol. 73(2). - P. 221-228.

82 *Скиданов, Р.В.Изображающий гиперспектрометр на основе системы, выполняющей кольцевое преобразование Радона [Текст] / Р.В. Скиданов,

B.А. Бланк // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2015. - Т. 17(2). - С. 21-25.

83 *Skidanov, R.V. Diffraction axicon as the dispersive element for imaging hyperspectrometer [Text] / R.V. Skidanov, V.A. Blank // Proceedings of SPIE -The International Society for Optical Engineering. - 2016. - Vol. 9807. - P. 98070G.

84 Смирнов, С.А. Свойства сфокусированных оптических пучков [Текст] /

C.А. Смирнов. - Учебное пособие. СПб: НИУ ИТМО, 2012.-123 с.

85 Петропавловский, Ю. Особенности применения ПЗС-матриц с межстрочным переносом [Текст] / Ю. Петропавловский // Компоненты и технологии. - 2009. - № 5. - С. 17-24.

86 Mu, T. Compact snapshot optically replicating and remapping imaging spectrometer (ORRIS) using a focal plane continuous variable filter [Text] / T. Mu, F. Han, D. Bao, Ch. Zhang, R.Liang // Optics Letters. - 2019. - Vol. 44(5). - P. 1281-1284.

87 *Скиданов, Р.В. Исследование изображающего спектрометра на основе дифракционной линзы [Текст] / Р.В. Скиданов, В.А. Бланк, А.А. Морозов // Компьютерная оптика. - 2015. - Т. 39(2). - С. 218-223.

88 *Blank V.A. Diffraction lens in imaging spectrometer / Blank V.A., Skidanov R.V. // Proceedings of Information Technology and Nanotechnology (ITNT-2015), CEUR Workshop Proceedings. - 2015. - Vol. 1490. - P. 17-26

89 *Blank, V.A. Imaging hyperspectrometer-consol [Text] / V.A. Blank, R.V. Skidanov // Procedia Engineering. - 2017. - Vol. 201. - P. 129-134.

90 *Бланк, В.А. Дифракционные оптические элементы с двойной функциональностью в изображающих гиперспектрометрах [Текст] / В.А. Бланк, Р.В. Скиданов // Голография. Наука и практика. - 2016. - С. 191193.

91 *Blank, V.A. Hyperspectrometer based on a harmonic lens with diffraction grating [Text] / V.A. Blank, R.V. Skidanov // Journal of Physics: Conference Series. - 2018. - Vol. 1096. - P. 1-7.

92 Sweeney, D.W. Harmonic diffractive lenses [Text] / D. W. Sweeney, G.E. Sommargren // Applied optics. - 1995. - Vol. 34(4). - P. 2469-2475.