基于多级微反射镜的成像光谱仪及制作方法
【专利摘要】基于多级微反射镜的成像光谱仪及制作方法，涉及对地遥感探测领域，解决现有成像光谱仪内部含有与空间分辨率有关的狭缝，限制了进入系统的光通量的问题，包括前置成像系统、干涉系统、后置成像系统和焦平面探测器，所干涉系统包括多级阶梯微反射镜片状分束器、补偿板和平面反射镜；目标发出的光经前置成像系统和片状分束器后，一束光经片状分束器反射至平面反射镜上成像为第一像点，另一束光经片状分束器透射后经补偿板在多级阶梯微反射镜的某个阶梯反射面上成像为第二像点；第一像点的光经片状分束器透射至后置成像系统成像，第二像点的光经补偿板至片状分束器反射后，在后置成像缩束系统成像，所述后置成像缩束系统的像由焦平面探测器接收。
【专利说明】基于多级微反射镜的成像光谱仪及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于对地遥感观测领域，涉及一种傅里叶变换红外成像光谱仪的制作方法，具体涉及一种基于多级阶梯微反射镜新型时空联合调制红外傅里叶变换成像光谱仪系统制作方法。
【背景技术】
[0002]成像光谱仪是20世纪80年代在多光谱成像仪基础之上发展起来的新一代光学遥感仪器，它可以将传统的二维空间信息拓展到三维空间光谱信息，从而可以实现对地物目标进行精细的识别和分类。因此成像光谱仪是进行地面遥感探测的重要工具，它融合了光谱仪和多光谱成像仪的优点，真正实现了对物体进行“图谱合一”的探测。因此其广泛的应用在空间遥感，军事目标探测，地质资源勘探，环境监测，气象分析等领域。按照成像光谱仪工作原理的不同，可以将其主要分为色散型和傅里叶变换型两类。色散型成像光谱仪是基于棱镜或光栅的分光原理，可以在探测器上直接获得地物目标的光谱信息。此类成像光谱仪发展比较早，技术比较成熟，在航空航天领域应用比较广泛，但是光谱分辨率受狭缝的控制，因此其在探测红外弱辐射方面比较困难。傅里叶变换成像光谱仪是先获得物体的干涉图然后对干涉图做傅里叶变换获得物体的光谱。按照对干涉图的调制方式的不同，傅里叶变换成像光谱仪主要可分为时间调制型、空间调制型和时空联合调制型。时间调制型傅里叶变换成像光谱仪是基于迈克尔逊干涉仪结构，其采用驱动一个动镜来产生光程差，因此需要一套精密的驱动装置。而且完成一幅干涉图的测量需要一个周期的时间，其实时性比较差。空间调制傅里叶变换成像光谱仪其内部不含可动部件，其利用空间位置的不同产生光程差可以实现对迅变物体的光谱测量，其实时性比较好。但传统的空间调制傅里叶变成像光谱仪内部含有与空间分辨率有关的狭缝，限制了进入系统的光通量。时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪是基于像面干涉成像理论，其内部不含有狭缝和可动部件因此具有光通量大，结构稳定的优点。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于克服上述现有技术存在的问题，提供一种结构简单、重复性好、工作可靠的基于多级微反射镜的成像光谱仪及制作方法。
[0004]基于多级微反射镜的成像光谱仪，包括前置成像系统、干涉系统、后置成像系统和红外CCD，所述干涉系统包括多级阶梯微反射镜片状分束器、补偿板和平面反射镜；目标物体发出的光经前置成像系统和片状分束器后，形成两束光，一束光经片状分束器反射至平面反射镜上成像为第一像点，另一束光经片状分束器透射后经补偿板在多级阶梯微反射镜的某个阶梯反射面上成像为第二像点；所述第一像点的光经片状分束器透射至后置成像系统成像，第二像点的光经补偿板至片状分束器反射后，在后置成像系统成像，所述后置成像系统的像由红外CXD接收。
[0005]所述设定多级阶梯微反射镜的阶梯高度为d，在第η个阶梯反射面所对应的视场角范围内，目标物体在第η个阶梯微反射面所成的像与目标物体在第η个阶梯反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差，用公式一表示为:
[0006]公式一、δ= 2nd ；
[0007]设定多级阶梯微反射镜的反射面宽度为a，红外成像光谱仪的飞行高度为H，前置成像系统的焦距为f’，则相邻像点间的距离为a，获得相邻目标物体点间的距离用公式二表示为:
[0008]公式二、Ah= Ha/f ；
[0009]设定多级阶梯微反射镜的对角线长度为h，前置成像系统的视场角为:
[0010]
【权利要求】
1.基于多级微反射镜的成像光谱仪，包括前置成像系统(I)、干涉系统(2)、后置成像系统(3)和红外CXD (4);其特征是，所述干涉系统(2)包括多级阶梯微反射镜(7)片状分束器(6)、补偿板(8)和平面反射镜(5);目标物体发出的光经前置成像系统(I)和片状分束器(6)后，形成两束光，一束光经片状分束器(6)反射至平面反射镜(5)上成像为第一像点，另一束光经片状分束器(6)透射后经补偿板(8)在多级阶梯微反射镜的某个阶梯反射面上成像为第二像点； 所述第一像点的光经片状分束器(6)透射至后置成像系统(3)成像，第二像点的光经补偿板(8)至片状分束器(6)反射后，在后置成像系统(3)成像，所述后置成像系统(3)的像由红外CXD (4)接收。 所述设定多级阶梯微反射镜(7)的阶梯高度为d，在第η个阶梯反射面所对应的视场角范围内，目标物体在第η个阶梯微反射面所成的像与目标物体在第η个阶梯反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差，用公式一表示为: 公式一、δ = 2nd ； 设定多级阶梯微反射镜(7)的反射面宽度为a，红外成像光谱仪的飞行高度为H，前置成像系统(I)的焦距为f’，则相邻像点间的距离为a，获得相邻目标物体点间的距离用公式二表示为: 公式二、Ah = Ha/f’ ； 设定多级阶梯微反射镜(7)的对角线长度为h，前置成像系统(I)的视场角为:
2.根据权利要求1所述的基于多级微反射镜的成像光谱仪，其特征在于，所述片状分束器(6)的一面镀红外半反半透膜，另一面镀红外增透膜；所述补偿板(8)的两面分别镀红外增透膜。
3.基于多级微反射镜的成像光谱仪的制作方法，其特征是，该方法由以下步骤实现: 步骤一、制作该成像光谱仪的基底，选取铝、铜、钛、不锈钢或硅作为基底材料，并对上表面进行抛光处理； 步骤二、以步骤一中抛光处理后的基底的中心位置作为片状分束器(6)半反半透面的中心位置，利用片状分束器(6)和补偿板(8)的折射率和厚度数据对四个光轴基准线的相对位置及光学元件微型调节机构位置进行计算，片状分束器和补偿板的厚度为t，折射率为n，则第一光轴相对于分束器后表面的偏移距离I1为
4.根据权利要求3基于多级微反射镜的成像光谱仪的制作方法，其特征在于，在步骤六之后，还包括设定一个靶面目标(26)，微调前置成像系统(1)，使靶面目标(26)清晰的成像在红外CCD (4)上；将成像光谱仪装在转动平台上，对设定好的靶面目标进行扫描采样，然后对获得的多帧图像进行处理，获得物体的图像和光谱图。
5.根据权利要求3所述的基于多级微反射镜的成像光谱仪的制作方法，其特征在于，步骤一所述的抛光后基底的抛光面粗糙度小于等于10微米，平面度小于等于50微米。
6.根据权利要求3所述的基于多级微反射镜的成像光谱仪的制作方法，其特征在于，所述前置成像系统(I)和后置成像系统(3)均为球面透射结构，采用硅和锗制作。
7.根据权利要求3所述的基于多级微反射镜的成像光谱仪的制作方法，其特征在于，所述前置成像系统(I)和后置成像系统(3)中各光学元件表面均镀红外增透膜，片状分束器(6)采用红外材料硒化锌或溴化钾制作，并且在分束面上镀红外半反半透膜，在另一表面镀红外增透膜；补偿板⑶两面分别镀有红外增透膜。平面反射镜(5)采用硅片制作，并且在表面镀红外高反膜。
8.根据权利要求3所述的基于多级微反射镜的成像光谱仪的制作方法，其特征在于，多级阶梯微反射镜(7)采用MOEMS技术的多次光刻镀膜工艺制作，，并在表面镀红外高反膜。多级阶梯微反射镜(7)的单个阶梯高度范围在lnm-50ym之间，阶梯高度误差小于阶梯高度的5%。
9.根据权利要求3所述的基于多级微反射镜的成像光谱仪的制作方法，其特征在于，所述设定多级阶梯微反射镜(7)的阶梯高度为d，在第η个阶梯反射面所对应的视场角范围内，目标物体在第η个阶梯微反射面所成的像与目标物体在第η个阶梯反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差，用公式一表示为: 公式一、δ = 2nd ； 设定多级阶梯微反射镜(7)的反射面宽度为a，红外成像光谱仪的飞行高度为H，前置成像系统(I)的焦距为f’，则相邻像点间的距离为a，获得相邻目标物体点间的距离用公式二表示为: 公式二、Ah = Ha/f ； 设定多级阶梯微反射镜(7)的对角线长度为h，前置成像系统(I)的视场角为:2 H’ = 2arclan(—。
10.根据权利要求3所述的基于多级微反射镜的成像光谱仪的制作方法，其特征在于，所述微型调节机构为六维的微型调节结构，该结构实现XYZ三个方向平移及俯仰旋转横滚三个角度分量的微调节，并采用硬铝或者不锈钢制作，并且在表面和内壁进行涂黑处理。
【文档编号】G02B27/10GK104006883SQ201410086253
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】梁中翥, 梁静秋, 王维彪, 吕金光, 秦余欣, 田超, 王文丛 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所