时空联合调制傅里叶变换红外成像光谱仪的制作方法
【专利摘要】时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪，涉及对地观测成像光谱仪领域，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且实时性差的问题，包括前置光学成像系统、干涉系统、后置成像缩束系统和焦平面探测器，干涉系统包括平面反射镜、立方体分束器和多级阶梯微反射镜；目标光束经前置光学成像系统入射至立方体分束器分成两束光，一束光经立方体分束器反射至平面反射镜上成像为第一像点，另一束光经立方体分束器透射至多级阶梯微反射镜某个阶梯面成像为第二像点；所述第一像点和第二像点发出的光分别经立方体分束器透射和反射后入射至后置成像缩束系统成像，所述焦平面探测器接收成像信息；本发明大大提高了系统的光通量。
【专利说明】时空联合调制傅里叶变换红外成像光谱仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及对地观测成像光谱仪领域，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。
【背景技术】
[0002]成像光谱仪是20世纪80年代在成像光谱技术基础上发展起来的新一代光学遥感仪器，它可以获得物体光谱信息和图像信息，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。按照工作原理的不同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以棱镜或光栅作为分光元件，在探测器上接受每个光谱元的辐射信息。其发展比较早，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变换获得物体的光谱信息。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有可动部件，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原理，获得是经干涉图调制后的目标物体的全景图像，其不含有狭缝和可动部件，因此具有光通量大和结构稳定的优点。
【发明内容】
[0003]本发明为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且实时性差的问题，提供一种时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪系统。
[0004]时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪系统，包括前置光学成像系统、干涉系统、后置成像缩束系统和焦平面探测器，所述干涉系统包括平面反射镜、立方体分束器和多级阶梯微反射镜；目标光束经前置光学成像系统入射至立方体分束器分成两束光，一束光经立方体分束器反射至平面反射镜上成像为第一像点，另一束光经立方体分束器透射至多级阶梯微反射镜某个阶梯面成像为第二像点；
[0005]所述第一像点和第二像点发出的光分别经立方体分束器透射和反射后入射至后置成像缩束系统成像，所述焦平面探测器接收成像信息；
[0006]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:
[0007]公式一、δ= 2nd ；
[0008]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:
[0009]公式二、Ah= Ha/f’ ；
[0010]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:
【权利要求】
1.时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪，包括前置光学成像系统(I)、干涉系统(2)、后置成像缩束系统(3)和焦平面探测器(4)，其特征是，所述干涉系统(2)包括平面反射镜(5)、立方体分束器(6)和多级阶梯微反射镜(7);目标光束经前置光学成像系统(I)入射至立方体分束器(6 )分成两束光，一束光经立方体分束器(6 )反射至平面反射镜(5 )上成像为第一像点，另一束光经立方体分束器(6)透射至多级阶梯微反射镜(7)某个阶梯反射面成像为第二像点； 所述第一像点和第二像点发出的光分别经立方体分束器(6)透射和反射后入射至后置成像缩束系统(3)成像，所述焦平面探测器(4)接收成像信息； 所述设定多级阶梯微反射镜的阶梯高度为山在第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)的视场角用公式四表示为: 公式四
2.根据权利要求1所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于，所述前置成像系统(I)由四片透射式的球面镜组成。
3.根据权利要求1所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于，所述后置成像缩束系统(3)由七片透射式球面镜组成。
4.根据权利要求1所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于，所述焦平面探测器(4)采用制冷型CCD。
5.根据权利要求1所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于，所述焦平面探测器(4)对接收的成像信息经一个窗扫模式采集后，对采集的多帧图像进行剪切和拼接，获得目标物体的干涉图，对干涉图进行傅里叶变换，获得目标的光谱图。
6.根据权利要求1所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于，所述的多级阶梯微反射镜(7)的单个阶梯高度范围在Ιηπι-δΟμπι之间，采用MOEMS技术或光学加工方法制作，所述多级微反射镜(7)的阶梯高度误差小于阶梯高度的5%。
7.根据权利要求1所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于，所述立方体分束器(6)的材料采用ZnSe，由两块直角三棱镜拼接而成，并在拼接面蒸镀有光学薄膜。
【文档编号】G01J3/45GK103913233SQ201410086347
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】梁静秋, 梁中翥, 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