基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀的制作方法
【專利摘要】基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，涉及成像光譜探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，為解決現(xiàn)有時(shí)間調(diào)制干涉成像光譜技術(shù)中穩(wěn)定性不強(qiáng)與空間調(diào)制干涉成像光譜技術(shù)中光通量不高的技術(shù)問(wèn)題，包括前置成像系統(tǒng)、分束器、平面反射鏡、多級(jí)微反射鏡、后置成像系統(tǒng)和面陣探測(cè)器；目標(biāo)光束經(jīng)前置成像系統(tǒng)入射至分束器分成兩束光，一束光經(jīng)分束器反射至平面反射鏡上成像為第一像點(diǎn)，另一束光經(jīng)分束器透射至多級(jí)階梯微反射鏡某個(gè)階梯反射面成像為第二像點(diǎn)；所述第一像點(diǎn)和第二像點(diǎn)發(fā)出的光分別經(jīng)分束器透射和反射后入射至后置成像系統(tǒng)成像，所述焦平面探測(cè)器接收成像信息；本發(fā)明具有穩(wěn)定性好、可靠性強(qiáng)、光通量大、信噪比高的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及成像光譜探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種成像光譜儀器，具體的說(shuō)是涉及一種以基于多級(jí)微反射鏡的干涉系統(tǒng)為核心的靜態(tài)大孔徑時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]成像光譜技術(shù)為成像技術(shù)與光譜技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，是近年來(lái)發(fā)展比較迅速的一項(xiàng)融光學(xué)、光譜學(xué)、精密機(jī)械、電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新科技。成像光譜儀作為在成像光譜技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新一代光學(xué)遙感器，既可獲取目標(biāo)的圖像信息，又可從獲得的光譜圖像數(shù)據(jù)中得出物質(zhì)的光譜特征，從而揭示各種目標(biāo)的光譜特性、存在狀況以及物質(zhì)成份。成像光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)一般由望遠(yuǎn)系統(tǒng)和光譜儀系統(tǒng)組成，在其成像焦平面上用面陣列探測(cè)器采集數(shù)據(jù)，航天器沿飛行軌跡方向推掃成像。經(jīng)典的成像光譜儀主要是棱鏡色散和光柵色散型成像光譜儀，新型的成像光譜儀主要是傅里葉變換成像光譜儀。
[0003]傅里葉變換成像光譜儀根據(jù)其干涉圖調(diào)制方式的不同，主要有時(shí)間調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀和空間調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀。時(shí)間調(diào)制型傅里葉變換成像光譜儀通過(guò)一個(gè)定鏡和一個(gè)動(dòng)鏡掃描對(duì)干涉級(jí)次進(jìn)行時(shí)間調(diào)制，經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期之后，每一個(gè)像素就可以獲得一個(gè)完整的光譜。時(shí)間調(diào)制型傅里葉變換成像光譜儀由于需要一套高精度的動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)擾動(dòng)比較敏感，對(duì)機(jī)械掃描精度要求也高，從而降低了儀器的穩(wěn)定性和可靠性。而對(duì)于空間調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，其目標(biāo)的狹縫像在與狹縫像垂直的方向上展開為各個(gè)干涉級(jí)次的干涉圖，從而每一行與狹縫垂直方向的像素就可以獲得狹縫上每一點(diǎn)的光譜信息。空間調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀由于需要一個(gè)約束目標(biāo)空間分辨率的狹縫，從而限制了系統(tǒng)的光通量，降低了系統(tǒng)的信噪比。
[0004]本發(fā)明提出的基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，是一種在成像系統(tǒng)中加入改進(jìn)邁克爾遜干涉儀的成像光譜儀器，由于取消了時(shí)間調(diào)制型傅里葉變換成像光譜儀的動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和空間調(diào)制型傅里葉變換成像光譜儀中的狹縫，因此具有穩(wěn)定性好、可靠性強(qiáng)、光通量大、信噪比高等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決現(xiàn)有時(shí)間調(diào)制干涉成像光譜技術(shù)中穩(wěn)定性不強(qiáng)與空間調(diào)制干涉成像光譜技術(shù)中光通量不高的技術(shù)問(wèn)題，提供一種基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀。
[0006]基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，包括前置成像系統(tǒng)、分束器、平面反射鏡、多級(jí)微反射鏡、后置成像系統(tǒng)和面陣探測(cè)器；目標(biāo)光束經(jīng)前置成像系統(tǒng)入射至分束器分成兩束光，一束光經(jīng)分束器反射至平面反射鏡上成像為第一像點(diǎn)，另一束光經(jīng)分束器透射至多級(jí)階梯微反射鏡某個(gè)階梯反射面成像為第二像點(diǎn)；所述第一像點(diǎn)和第二像點(diǎn)發(fā)出的光分別經(jīng)分束器透射和反射后入射至后置成像系統(tǒng)成像，所述焦平面探測(cè)器接收成像息;
[0007]設(shè)定多級(jí)微反射鏡的階梯步長(zhǎng)為d，階梯寬度為a，階梯長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則多級(jí)微反射鏡的第η級(jí)階梯面與平面反射鏡之間的距離為nd，實(shí)像點(diǎn)Al與虛像點(diǎn)A2之間的光程差為2nd ；
[0008]設(shè)定系統(tǒng)的光譜帶寬為BW，系統(tǒng)的光譜分辨率為Λ V，則根據(jù)采樣定理，多級(jí)微反射鏡的階梯步長(zhǎng)d與總的階梯級(jí)數(shù)N應(yīng)分別滿足如下公式
【權(quán)利要求】
1.基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，包括前置成像系統(tǒng)(1)、分束器(2)、平面反射鏡(3)、多級(jí)微反射鏡(4)、后置成像系統(tǒng)(5)和面陣探測(cè)器(6);目標(biāo)光束經(jīng)前置成像系統(tǒng)(1)入射至分束器(2 )分成兩束光，一束光經(jīng)分束器(2 )反射至平面反射鏡(3)上成像為第一像點(diǎn)，另一束光經(jīng)分束器(2)透射至多級(jí)階梯微反射鏡(7)某個(gè)階梯反射面成像為第二像點(diǎn)； 所述第一像點(diǎn)和第二像點(diǎn)發(fā)出的光分別經(jīng)分束器(2)透射和反射后入射至后置成像系統(tǒng)(5 )成像，所述焦平面探測(cè)器(6)接收成像信息；其特征是， 設(shè)定多級(jí)微反射鏡的階梯步長(zhǎng)(4-1)為d，階梯寬度(4-2)為a，階梯長(zhǎng)度(4-3)為L(zhǎng)，則多級(jí)微反射鏡(4)的第η級(jí)階梯面與平面反射鏡(3)之間的距離為nd，實(shí)像點(diǎn)Al與虛像點(diǎn)A2之間的光程差為2nd ； 設(shè)定系統(tǒng)的光譜帶寬為BW，系統(tǒng)的光譜分辨率為△ V，則根據(jù)采樣定理，多級(jí)微反射鏡(4)的階梯步長(zhǎng)(4-1) d與總的階梯級(jí)數(shù)N應(yīng)分別滿足如下公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，其特征在于，所述前置成像系統(tǒng)(1)采用像方遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，其特征在于，所述分束器(2)由分束板與補(bǔ)償板構(gòu)成，位于前置成像系統(tǒng)的像方成像光路中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，其特征在于，平面反射鏡(3)和多級(jí)微反射鏡(4)的零級(jí)階梯均位于前置成像系統(tǒng)的像方焦面上，接收并反射經(jīng)前置成像系統(tǒng)(1)出射的成像光束；多級(jí)微反射鏡(4)的其余級(jí)階梯位于前置成像系統(tǒng)的像方焦面附近，接收并反射經(jīng)前置成像系統(tǒng)(1)出射的成像光束，并且實(shí)現(xiàn)兩成像光束光程差的調(diào)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，其特征在于，所述多級(jí)微反射鏡(4)的階梯高度決定了被分束器分開的兩成像光束的光程差的采樣間隔，多級(jí)微反射鏡(4)的階梯級(jí)數(shù)決定了被分束器(2)分開的兩成像光束的光程差的米樣長(zhǎng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，其特征在于，所述平面反射鏡(3)和面陣探測(cè)器(6)分別位于后置成像系統(tǒng)(5)的共軛位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，其特征在于，所述后置成像系統(tǒng)(5)為中繼成像系統(tǒng)，采用雙遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，其特征在于，設(shè)定前置成像系統(tǒng)I的焦距為，作用距離為H，地面像元分辨率為GSD，所述面陣探測(cè)器(6)利用m行像元接收一個(gè)階梯寬度，則系統(tǒng)的焦距為:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級(jí)微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，其特征在于，設(shè)定面陣探測(cè)器(6)的像元尺寸為C，系統(tǒng)利用m行像元接收一個(gè)階梯寬度a，則后置成像系統(tǒng)(5)的垂軸放大倍率為P=mc/a。
【文檔編號(hào)】G01J3/45GK103913232SQ201410086329
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】呂金光, 秦余欣, 梁中翥, 王維彪, 梁靜秋, 田超 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所