視場分割干涉成像光譜儀及成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光譜儀，尤其涉及一種可應(yīng)用在時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀中的視場分割干涉成像光譜儀及其成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)由干涉儀和傅里葉變換透鏡組成。高分辨率的時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀為減小干涉儀的體積和重量，在干涉儀前加入壓縮孔徑的望遠系統(tǒng)(由望遠物鏡和準直鏡組成)，如圖1所示。時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜技術(shù)的視場一般為矩形視場，分為光譜方向和空間方向，光譜方向的長度一般遠小于空間方向的長度，而光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計視場一般為圓形視場。此時，干涉成像光譜儀的光譜方向并未完全利用光學(xué)系統(tǒng)的視場。
[0003]大幅寬的干涉成像光譜儀受制于探測器的面陣，需要探測器拼接，如圖2所示，由于探測器機械框的存在，無法直接進行無縫拼接。而傳統(tǒng)的采用棱鏡分光拼接的方法，將光能量一分為二，分別接后續(xù)探測器，降低了進入每個探測器的光能，從而降低了干涉成像光譜儀的信噪比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種光學(xué)系統(tǒng)視場利用率高的視場分割干涉成像光譜儀，同時為干涉型高光譜成像儀器提供了一種無能量損失的無縫視場拼接方法。
[0005]本發(fā)明所提供的一種視場分割干涉成像光譜儀，包括望遠物鏡、視場分割棱鏡、準直透鏡一、準直透鏡二、干涉儀一、干涉儀二、傅里葉變換透鏡一和傅里葉變換透鏡二，其特殊之處在于:視場分割棱鏡為尖角反射棱鏡，設(shè)置于望遠物鏡的像面處，視場分割棱鏡的頂點位于望遠物鏡的光軸處；來自于望遠物鏡的光線由視場分割棱鏡的兩個反射面反射為兩路反射光線，分別通過準直透鏡一和準直透鏡二進入干涉儀一和干涉儀二 ；傅里葉變換透鏡一和傅里葉變換透鏡二設(shè)置在干涉儀一和干涉儀二的出射光的光路中。
[0006]本發(fā)明所提供的視場分割干涉成像方法
[0007]其特殊之處在于:包括以下步驟:
[0008]I)望遠物鏡將來自目標的光線轉(zhuǎn)換成會聚光線，成像于望遠物鏡的像面處；
[0009]2)位于望遠物鏡像面處的視場分割棱鏡通過兩個反射面將望遠物鏡的會聚光線沿光譜方向反射為一上一下兩束發(fā)散光線；
[0010]3)準直透鏡一和準直透鏡二分別將兩束發(fā)散光線轉(zhuǎn)換成兩束平行光線，然后兩束平行光線分別進入干涉儀一和干涉儀二；
[0011]4)干涉儀一和干涉儀二的出射光線通過傅里葉變換透鏡一和傅里葉變換透鏡二分別由各自的探測器接收；
[0012]5)視場分割時，分別調(diào)整準直透鏡一、準直透鏡二的光軸，使其與望遠物鏡的某一合適的軸外視場的主光線經(jīng)視場分割棱鏡反射后的光線方向重合，完成匹配；
[0013]6)系統(tǒng)推掃成像時，視場分割后的兩套干涉系統(tǒng)先后掃過目標，時間差與步驟5)中所選取的兩個軸外視場主光線相關(guān)。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]I)利用光譜儀的矩形視場(光譜方向小于空間方向)的特點，在系統(tǒng)的一次像面處，使用尖角反射棱鏡進行視場分割，分割后分別形成兩個視場通道，可分別接后繼的干涉成像光譜探測系統(tǒng)，形成的兩個視場分別用于不同的光譜范圍，光學(xué)系統(tǒng)視場利用率高，系統(tǒng)信噪比高；
[0016]2)采用視場切割干涉成像光譜技術(shù)，通過視場分割棱鏡將視場沿光譜方向一分為二并通過反射引出到后繼系統(tǒng)，半視場的左側(cè)視場用于探測器一，另一半視場的右側(cè)用于探測器二，實現(xiàn)了干涉成像光譜技術(shù)的無能量損失的無縫視場拼接。
【附圖說明】
[0017]圖1為干涉成像光譜儀原理圖；
[0018]圖2為干涉成像光譜儀有效視場與光學(xué)系統(tǒng)視場的關(guān)系；
[0019]圖3為本發(fā)明的視場分割干涉成像光譜儀的原理圖；
[0020]圖4為本發(fā)明應(yīng)用實例之一的原理圖；
[0021]圖5為視場分割成像光譜技術(shù)用于無能量損失的無縫視場拼接原理圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖3所示，本發(fā)明在望遠物鏡I的一次像面處加入視場分割棱鏡2，視場分割棱鏡2的頂角角度決定后繼系統(tǒng)的空間位置分配。
[0023]視場分割后，光線由視場分割棱鏡的兩個反射面反射為兩路光線，其中一路光線通過準直透鏡一 3準直后進入干涉儀一 5和傅里葉變換透鏡一 7 ;另一路光線通過準直透鏡二 4準直后進入干涉儀二 6與傅里葉變換透鏡二 8 ;傅里葉變換透鏡一 7與傅里葉變換透鏡二 8分別由各自探測器接收。
[0024]視場分割時，需分別調(diào)整準直鏡一、準直鏡二的光軸，使其與望遠物鏡某一軸外視場主光線經(jīng)視場分割棱鏡反射后的方向重合。
[0025]系統(tǒng)推掃成像時，視場分割后的兩套干涉系統(tǒng)先后掃過目標，時間差與準直鏡一、準直鏡二光軸調(diào)整時選取的望遠物鏡軸外視場主光線相關(guān)。
[0026]本發(fā)明的視場分割干涉成像光譜技術(shù)是利用光譜儀的矩形視場(光譜方向小于空間方向)的特點，在系統(tǒng)的一次像面處，使用尖角反射棱鏡進行視場分割，分割后分別形成兩個視場通道，可分別接后繼的干涉成像光譜探測系統(tǒng)，其光路如圖3所示。分割后，視場一和視場二的光線分別被視場分割棱鏡向上和向下反射，進入后繼光學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)過干涉儀和傅里葉變換透鏡，到達兩個探測器。
[0027]圖4給出了本發(fā)明的一個實施例，即視場分割干涉成像光譜技術(shù)可用于擴展譜段范圍，即視場一和視場二的系統(tǒng)分別用于不同的光譜范圍，例如視場一用于可見近紅外譜段，視場二用于短波紅外譜段。也可用于同譜段雙光路探測，提升系統(tǒng)信噪比。
[0028]實例二:本發(fā)明的第二個應(yīng)用為無光能損失的視場無縫拼接技術(shù)。受制于探測器件的面陣尺寸，大幅寬干涉成像光譜儀器需要進行視場拼接，由于探測器機械框的存在，無法直接進行無縫拼接，而采用棱鏡分光的像面拼接方法，會使光能量一分為二，降低干涉成像光譜儀器的信噪比。采用視場分割干涉成像光譜技術(shù)，通過視場分割棱鏡將視場沿光譜方向一分為二并引出到后繼系統(tǒng)，半視場的左側(cè)視場用于探測器一，另一半視場的右側(cè)用于探測器二，如圖5所示。此視場分割干涉成像光譜技術(shù)的優(yōu)點是實現(xiàn)了干涉成像光譜技術(shù)的無能量損失的無縫視場拼接。
【主權(quán)項】
1.一種視場分割干涉成像光譜儀，包括望遠物鏡、視場分割棱鏡、干涉儀一、干涉儀二、準直透鏡一、準直透鏡二、傅里葉變換透鏡一和傅里葉變換透鏡二，其特征在于:視場分割棱鏡為尖角反射棱鏡，其設(shè)置于望遠物鏡的像面處，視場分割棱鏡的頂點位于望遠物鏡的光軸處；來自望遠物鏡的光線由視場分割棱鏡的兩個反射面反射為兩路反射光線，分別通過準直透鏡一和準直透鏡二進入干涉儀一和干涉儀二 ；傅里葉變換透鏡一和傅里葉變換透鏡二設(shè)置在干涉儀一和干涉儀二的出射光的光路中。2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的視場分割干涉成像光譜儀的成像方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)望遠物鏡將來自目標的光線轉(zhuǎn)換成會聚光線，成像于望遠物鏡的像面處； 2)位于望遠物鏡像面處的視場分割棱鏡通過兩個反射面將望遠物鏡的會聚光線沿光譜方向反射為一上一下兩束發(fā)散光線； 3)準直透鏡一和準直透鏡二分別將兩束發(fā)散光線轉(zhuǎn)換成兩束平行光線，然后兩束平行光線分別進入干涉儀一和干涉儀二； 4)干涉儀一和干涉儀二的出射光線通過傅里葉變換透鏡一和傅里葉變換透鏡二分別由各自的探測器接收。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種視場分割干涉成像光譜儀，包括望遠物鏡、視場分割棱鏡、干涉儀一、干涉儀二、準直透鏡一、準直透鏡二、傅里葉變換透鏡一和傅里葉變換透鏡二，視場分割棱鏡為尖角反射棱鏡，其設(shè)置于望遠物鏡的像面處，視場分割棱鏡的頂點位于望遠物鏡的光軸處；來自望遠物鏡的光線由視場分割棱鏡的兩個反射面反射為兩路反射光線，分別通過準直透鏡一和準直透鏡二進入干涉儀一和干涉儀二；傅里葉變換透鏡一和傅里葉變換透鏡二設(shè)置在干涉儀一和干涉儀二的出射光的光路中。本發(fā)明形成的兩個視場分別用于不同的光譜范圍，光學(xué)系統(tǒng)視場利用率高，系統(tǒng)信噪比高。
【IPC分類】G01J3/45
【公開號】CN105067119
【申請?zhí)枴緾N201510519357
【發(fā)明人】鄒純博, 白清蘭, 李立波, 胡炳樑, 劉學(xué)斌, 李思遠
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月21日