時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換紅外成像光譜儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，涉及對(duì)地觀測(cè)成像光譜儀領(lǐng)域，解決現(xiàn)有成像光譜儀內(nèi)部含有與空間分辨率有關(guān)的狹縫，限制了進(jìn)入系統(tǒng)的光通量且實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，包括前置光學(xué)成像系統(tǒng)、干涉系統(tǒng)、后置成像縮束系統(tǒng)和焦平面探測(cè)器，干涉系統(tǒng)包括平面反射鏡、立方體分束器和多級(jí)階梯微反射鏡；目標(biāo)光束經(jīng)前置光學(xué)成像系統(tǒng)入射至立方體分束器分成兩束光，一束光經(jīng)立方體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)立方體分束器透射至多級(jí)階梯微反射鏡某個(gè)階梯面成像為第二像點(diǎn)；所述第一像點(diǎn)和第二像點(diǎn)發(fā)出的光分別經(jīng)立方體分束器透射和反射后入射至后置成像縮束系統(tǒng)成像，所述焦平面探測(cè)器接收成像信息；本發(fā)明大大提高了系統(tǒng)的光通量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換紅外成像光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對(duì)地觀測(cè)成像光譜儀領(lǐng)域，具體涉及一種基于多級(jí)階梯微反射鏡新型時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外傅里葉變換成像光譜儀系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]成像光譜儀是20世紀(jì)80年代在成像光譜技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新一代光學(xué)遙感儀器，它可以獲得物體光譜信息和圖像信息，因此其廣泛的應(yīng)用在空間遙感，軍事目標(biāo)探測(cè)，地質(zhì)資源勘探，環(huán)境監(jiān)測(cè)，氣象分析等領(lǐng)域。按照工作原理的不同其主要分為色散型和傅里葉變換型兩類(lèi)。色散型成像光譜儀是以棱鏡或光柵作為分光元件，在探測(cè)器上接受每個(gè)光譜元的輻射信息。其發(fā)展比較早，在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，但是光譜分辨率受狹縫的控制，因此其在探測(cè)紅外弱輻射方面比較困難。傅里葉變換成像光譜儀是先獲得物體的干涉圖然后對(duì)干涉圖做傅里葉變換變換獲得物體的光譜信息。按照對(duì)干涉圖的調(diào)制方式的不同，傅里葉變換成像光譜儀主要可分為時(shí)間調(diào)制型、空間調(diào)制型和時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型，時(shí)間調(diào)制型傅里葉變換成像光譜儀是基于邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)，其采用驅(qū)動(dòng)一個(gè)動(dòng)鏡來(lái)產(chǎn)生光程差，因此需要一套精密的驅(qū)動(dòng)裝置。而且完成一幅干涉圖的測(cè)量需要一個(gè)周期的時(shí)間，其實(shí)時(shí)性比較差?？臻g調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀其內(nèi)部不含有可動(dòng)部件，其利用空間位置的不同產(chǎn)生光程差，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)迅變物體的光譜測(cè)量，其實(shí)時(shí)性比較好。但傳統(tǒng)的空間調(diào)制傅里葉變成像光譜儀內(nèi)部含有與空間分辨率有關(guān)的狹縫，限制了進(jìn)入系統(tǒng)的光通量。時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型傅里葉變換成像光譜儀是基于像面干涉成像原理，獲得是經(jīng)干涉圖調(diào)制后的目標(biāo)物體的全景圖像，其不含有狹縫和可動(dòng)部件，因此具有光通量大和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有成像光譜儀內(nèi)部含有與空間分辨率有關(guān)的狹縫，限制了進(jìn)入系統(tǒng)的光通量且實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，提供一種時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀系統(tǒng)。
[0004]時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀系統(tǒng)，包括前置光學(xué)成像系統(tǒng)、干涉系統(tǒng)、后置成像縮束系統(tǒng)和焦平面探測(cè)器，所述干涉系統(tǒng)包括平面反射鏡、立方體分束器和多級(jí)階梯微反射鏡；目標(biāo)光束經(jīng)前置光學(xué)成像系統(tǒng)入射至立方體分束器分成兩束光，一束光經(jīng)立方體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)立方體分束器透射至多級(jí)階梯微反射鏡某個(gè)階梯面成像為第二像點(diǎn)；
[0005]所述第一像點(diǎn)和第二像點(diǎn)發(fā)出的光分別經(jīng)立方體分束器透射和反射后入射至后置成像縮束系統(tǒng)成像，所述焦平面探測(cè)器接收成像信息；
[0006]所述設(shè)定多級(jí)階梯微反射鏡的階梯高度為d，在第η個(gè)階梯反射面所對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)角范圍內(nèi)，目標(biāo)物體在第η個(gè)階梯微反射面所成的像與目標(biāo)物體在第η個(gè)階梯反射面的鏡像位置所成的虛像之間的光程差，用公式一表示為:
[0007]公式一、δ= 2nd ；
[0008]設(shè)定多級(jí)階梯微反射鏡的反射面寬度為a，紅外成像光譜儀的飛行高度為H，前置成像系統(tǒng)的焦距為f’，則相鄰像點(diǎn)間的距離為a，獲得相鄰目標(biāo)物體點(diǎn)間的距離用公式二表示為:
[0009]公式二、Ah= Ha/f’ ；
[0010]設(shè)定多級(jí)階梯微反射鏡的對(duì)角線長(zhǎng)度為h，前置成像系統(tǒng)的視場(chǎng)角為:
【權(quán)利要求】
1.時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，包括前置光學(xué)成像系統(tǒng)(I)、干涉系統(tǒng)(2)、后置成像縮束系統(tǒng)(3)和焦平面探測(cè)器(4)，其特征是，所述干涉系統(tǒng)(2)包括平面反射鏡(5)、立方體分束器(6)和多級(jí)階梯微反射鏡(7);目標(biāo)光束經(jīng)前置光學(xué)成像系統(tǒng)(I)入射至立方體分束器(6 )分成兩束光，一束光經(jīng)立方體分束器(6 )反射至平面反射鏡(5 )上成像為第一像點(diǎn)，另一束光經(jīng)立方體分束器(6)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)立方體分束器(6)透射和反射后入射至后置成像縮束系統(tǒng)(3)成像，所述焦平面探測(cè)器(4)接收成像信息； 所述設(shè)定多級(jí)階梯微反射鏡的階梯高度為山在第η個(gè)階梯反射面所對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)角范圍內(nèi)，目標(biāo)物體在第η個(gè)階梯微反射面所成的像與目標(biāo)物體在第η個(gè)階梯反射面的鏡像位置所成的虛像之間的光程差，用公式一表示為: 公式一、δ = 2nd ； 設(shè)定多級(jí)階梯微反射鏡的反射面寬度為a，紅外成像光譜儀的飛行高度為H，前置成像系統(tǒng)(I)的焦距為f’，則相鄰像點(diǎn)間的距離為a，獲得相鄰目標(biāo)物體點(diǎn)間的距離用公式二表示為: 公式二、Ah = Ha/f’ ； 設(shè)定多級(jí)階梯微反射鏡(7)的對(duì)角線長(zhǎng)度為h，前置成像系統(tǒng)(I)的視場(chǎng)角用公式四表示為: 公式四
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于，所述前置成像系統(tǒng)(I)由四片透射式的球面鏡組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于，所述后置成像縮束系統(tǒng)(3)由七片透射式球面鏡組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于，所述焦平面探測(cè)器(4)采用制冷型CCD。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于，所述焦平面探測(cè)器(4)對(duì)接收的成像信息經(jīng)一個(gè)窗掃模式采集后，對(duì)采集的多幀圖像進(jìn)行剪切和拼接，獲得目標(biāo)物體的干涉圖，對(duì)干涉圖進(jìn)行傅里葉變換，獲得目標(biāo)的光譜圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于，所述的多級(jí)階梯微反射鏡(7)的單個(gè)階梯高度范圍在Ιηπι-δΟμπι之間，采用MOEMS技術(shù)或光學(xué)加工方法制作，所述多級(jí)微反射鏡(7)的階梯高度誤差小于階梯高度的5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于，所述立方體分束器(6)的材料采用ZnSe，由兩塊直角三棱鏡拼接而成，并在拼接面蒸鍍有光學(xué)薄膜。
【文檔編號(hào)】G01J3/45GK103913233SQ201410086347
【公開(kāi)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】梁靜秋, 梁中翥, 王維彪, 呂金光, 秦余欣, 田超, 王文叢 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