横向剪切干涉扫描傅里叶变换成像光谱仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光学干设成像光谱仪，也即傅里叶变换光谱仪。
【背景技术】
[0002] 成像光谱仪是上个世纪八十年代发展起来的新型成像技术，其所获得的图像数据 是包含了两维空间信息和一维光谱信息的数据立方体。
[0003] 成像光谱仪特别适合于从移动的卫星平台机载平台或地基平台上观察地物，W进 行地质地矿的研究，环境保护的应用，远距离目标的探测W及军事目标的探测。
[0004] 已经有很多种成像光谱仪在使用，它们的光学系统有很大的不同，根据所获得的 光谱的方法成像光谱仪可分为=大类：
[0005] 第一类成像光谱仪是采用滤光片技术W获取图像的光谱数据；
[0006] 第二类成像光谱仪采用色散技术来获取一幅图像的光谱数据；
[0007] 最后一类是采用傅里叶变换光谱技术的干设成像光谱仪。
[000引傅里叶变换光谱仪除了多通道同时测量该个优点之外还有一个高通量的优点，它 对于微弱目标信号也能做出响应，应此它已成了现代变换光谱技术的代表和一个重要发展 方向。尤其是在红外、近红外光谱区的高精度、高光谱分辨率、高灵敏度航天遥感的大气观 测应用中，傅里叶变换光谱仪几乎成了唯一的选择。
[0009] 傅里叶变换光谱技术从实现的方式上又可W分为时间调制干设光谱技术、空间调 制干设光谱技术和时空联合调制干设光谱技术。
[0010] 时间调制干设光谱技术最著名的仪器是Michelson干设仪，具体而言该种设备包 含一个半透半反光学表面作为分束器，将一束光分为两束不同方向的光，一束光从平面参 考镜反射回分束器，参考镜的位置通常是不变的（通常称之为静镜）；另一束光从第二块反 射镜的表面返回到分束器然后再合并。第二块反射镜的光程长度是可变化的，称为动镜，随 着动镜的扫描，干设调制形成随时间记录的强度变化自相关函数。
[0011] 在Michelson干设仪中，探测器测量到的调制强度在所有的时间里非常接近平均 强度，该种优点被称为多通道优点或通量优点。
[0012] Michelson干设仪由于其通量优势和可获得极高分辨率的技术特点而得到了广泛 的研究和应用。早期的Michelson干设仪采用的是平面反射镜，由于平面镜的倾斜对干设 图的调制度产生非常灵敏的影响，而干设图的调制度是获取高质量光谱的最重要指标，如 何保证平面镜的高精度无倾斜移动工程师们化了大量的时间和精力，在该种情况下，（直 角）角锥反射镜被用来取代平面反射镜，角锥反射镜的使用彻底解决了干设图的调制度的 问题，被广泛地使用在Michelson干设仪中，因而该种型式的干设仪也被称为角锥干设仪。
[0013] Michelson干设仪被更多地使用在大光程差光谱系统中，在该种情况下，自相关条 纹产生的区域很小，由于该个原因Michelson干设仪傅里叶变换光谱仪主要用于点光源的 测量，在通常的装置中探测器放置在两束光的重合处并垂直于光束的传播方向，其所获得 的干设图是圆环状的，光程差的分布是两维视场的余弦变量。
[0014] 空间调制成像光谱技术的主要光路是：目标光束首先被前置物镜会聚于其焦面狭 缝处，光束经狭缝后进入横向剪切干设仪，来自于狭缝的目标光源在垂直于狭缝方向上被 准直，在垂直于狭缝方向上产生干设条纹，在另外一个方向上狭缝被再一次成像到探测器 阵列上，也即探测器阵列的其中一维提供空间维，另一维提供干设光谱维，通过垂直于狭缝 方向的推扫获取目标空间的两维图像W形成数据立方体。
[0015] 空间调制成像光谱技术多基于Sagnac型具有循环光路的干设仪结构，该种循环 光路干设仪最重要的特性是由于两束光经过共同的路径，其路程长度是相等的，该使得仪 器能在白光下形成稳定的干设条纹。不同于迈克尔逊干设仪，该一类仪器需要一个狭缝，因 而不像常用的傅里叶变换光谱仪具有通量优势。
[0016] 时空联合调制干设光谱技术也称为大孔径静态干设光谱技术，简单而言就是在普 通照相系统中加入横向剪切干设仪，从而得到目标的干设图像。该种干设图像的特点是两 维的空间图像成像于探测器上，不同光程差的位置与视场相关，同一目标的干设图需要经 过推扫获得（即通过景物目标的移动得到相关干设图），形成与时间相关的干设图序列，由 于目标需要扫过整个视场才能得到所需干设图，该种技术也被称为窗扫式干设光谱技术。 同样时空联合调制干设光谱技术也具有通量优势，其光谱分辨率则主要受探测器单元数的 制约。
[0017] 对于大孔径静态干设光谱技术而言，其完整的数据立方体是通过搭载平台的运动 (推扫）来完成的，因而在地面应用中就需要在系统前端加反射镜来进行扫描或转动整个 系统来实现推扫，而该种的扫描和转动往往是大尺寸和大角度的，会带来质屯、及转动惯量 的变化从而影响仪器的正常使用。
[0018] 当上述几种技术应用于地面凝视状态下较大范围的固定景物尤其是基于祀场目 标的跟踪方式下的光谱成像探测时往往是受限甚至是难W实现的，因而希望有更好的技术 手段来实现地面凝视状态或稳定跟踪状态下的光谱成像探测。
【发明内容】
[0019] 为了能够更好地实现地面凝视状态或稳定跟踪状态下的光谱成像探测，本发明提 出一种新的横向剪切扫描傅里叶变换成像光谱仪。
[0020] 本发明提出了一种横向剪切干设扫描成像的技术思想，使用一个横向剪切的 Michelson角锥干设仪，在探测器像面上形成直条纹的干设图，通过其中一个动镜进行轴向 微量扫描，使得直条纹干设图沿探测器的一维方向线性扫过整个成像于探测器上的景物图 像，获得从零光程差到最大光程差的干设图时间序列，采样并数据处理得到干设图强度调 制信号序列，作傅里叶变换，即形成=维的光谱数据立方体。
[0021] 该横向剪切干设扫描傅里叶变换成像光谱仪的系统结构，主要包括：
[0022] 基于角锥型麦克尔逊横向剪切双光束干设仪，用于在目标景物的成像像面上产生 直线干设条纹；
[0023] 动镜扫描机构，用于驱动所述横向剪切双光束干设仪中的一个动镜轴向移动，实 现干设图在像面上的一维扫描，使得像面上对应于各个景物单元依次获得从零光程差到最 大光程差的干设图时间序列；
[0024] 傅里叶光学成像物镜，用于将来自横向剪切双光束干设仪出射光聚焦到所述像 面；
[0025] CCD面阵相机，用于探测干设调制的景物目标图像；该里，CCD面阵相机可W替换 为FPA光电探测器，两者对于本发明来说属于等同的技术特征，即采用FPA光电探测器的方 案也应视为本发明的权利要求保护方案；
[0026] 图像数据处理器，用于记录、处理CCD面阵相机输出的图像数据，最终生成=维的 光谱数据立方体；
[0027] 控制系统，用于协调控制动镜扫描机构、CCD面阵相机及图像数据处理器工作。 [002引为了便于准确记录一个扫描周期的干设图时间序列，该横向剪切干设扫描傅里叶 变换成像光谱仪还可W增加一个零位信号定标系统，用于记录干设图时间序列的起始点并 向所述图像数据处理器提供定标数据。
[0029] 基于上述系统结构，进行