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基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀的制作方法
【專利摘要】基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀，涉及成像光譜探測【技術領域】，為解決現有時間調制干涉成像光譜技術中穩定性不強與空間調制干涉成像光譜技術中光通量不高的技術問題，包括前置成像系統、分束器、平面反射鏡、多級微反射鏡、后置成像系統和面陣探測器；目標光束經前置成像系統入射至分束器分成兩束光，一束光經分束器反射至平面反射鏡上成像為第一像點，另一束光經分束器透射至多級階梯微反射鏡某個階梯反射面成像為第二像點；所述第一像點和第二像點發出的光分別經分束器透射和反射后入射至后置成像系統成像，所述焦平面探測器接收成像信息；本發明具有穩定性好、可靠性強、光通量大、信噪比高的特點。
【專利說明】基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及成像光譜探測【技術領域】，涉及一種成像光譜儀器，具體的說是涉及一種以基于多級微反射鏡的干涉系統為核心的靜態大孔徑時空聯合調制傅里葉變換成像光譜儀器。
【背景技術】
[0002]成像光譜技術為成像技術與光譜技術的有機結合，是近年來發展比較迅速的一項融光學、光譜學、精密機械、電子技術及計算機技術于一體的高新科技。成像光譜儀作為在成像光譜技術的基礎上發展起來的新一代光學遙感器，既可獲取目標的圖像信息，又可從獲得的光譜圖像數據中得出物質的光譜特征，從而揭示各種目標的光譜特性、存在狀況以及物質成份。成像光譜儀的光學系統一般由望遠系統和光譜儀系統組成，在其成像焦平面上用面陣列探測器采集數據，航天器沿飛行軌跡方向推掃成像。經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其干涉圖調制方式的不同，主要有時間調制傅里葉變換成像光譜儀和空間調制傅里葉變換成像光譜儀。時間調制型傅里葉變換成像光譜儀通過一個定鏡和一個動鏡掃描對干涉級次進行時間調制，經過一個掃描周期之后，每一個像素就可以獲得一個完整的光譜。時間調制型傅里葉變換成像光譜儀由于需要一套高精度的動鏡驅動系統，對擾動比較敏感，對機械掃描精度要求也高，從而降低了儀器的穩定性和可靠性。而對于空間調制傅里葉變換成像光譜儀，其目標的狹縫像在與狹縫像垂直的方向上展開為各個干涉級次的干涉圖，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的光譜信息?？臻g調制傅里葉變換成像光譜儀由于需要一個約束目標空間分辨率的狹縫，從而限制了系統的光通量，降低了系統的信噪比。
[0004]本發明提出的基于多級微反射鏡的時空聯合調制傅里葉變換成像光譜儀，是一種在成像系統中加入改進邁克爾遜干涉儀的成像光譜儀器，由于取消了時間調制型傅里葉變換成像光譜儀的動鏡驅動系統和空間調制型傅里葉變換成像光譜儀中的狹縫，因此具有穩定性好、可靠性強、光通量大、信噪比高等優點。

【發明內容】

[0005]本發明為解決現有時間調制干涉成像光譜技術中穩定性不強與空間調制干涉成像光譜技術中光通量不高的技術問題，提供一種基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀。
[0006]基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀，包括前置成像系統、分束器、平面反射鏡、多級微反射鏡、后置成像系統和面陣探測器；目標光束經前置成像系統入射至分束器分成兩束光，一束光經分束器反射至平面反射鏡上成像為第一像點，另一束光經分束器透射至多級階梯微反射鏡某個階梯反射面成像為第二像點；所述第一像點和第二像點發出的光分別經分束器透射和反射后入射至后置成像系統成像，所述焦平面探測器接收成像息;
[0007]設定多級微反射鏡的階梯步長為d，階梯寬度為a，階梯長度為L，則多級微反射鏡的第η級階梯面與平面反射鏡之間的距離為nd，實像點Al與虛像點A2之間的光程差為2nd ；
[0008]設定系統的光譜帶寬為BW，系統的光譜分辨率為Λ V，則根據采樣定理，多級微反射鏡的階梯步長d與總的階梯級數N應分別滿足如下公式
【權利要求】
1.基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀，包括前置成像系統(1)、分束器(2)、平面反射鏡(3)、多級微反射鏡(4)、后置成像系統(5)和面陣探測器(6);目標光束經前置成像系統(1)入射至分束器(2 )分成兩束光，一束光經分束器(2 )反射至平面反射鏡(3)上成像為第一像點，另一束光經分束器(2)透射至多級階梯微反射鏡(7)某個階梯反射面成像為第二像點； 所述第一像點和第二像點發出的光分別經分束器(2)透射和反射后入射至后置成像系統(5 )成像，所述焦平面探測器(6)接收成像信息；其特征是， 設定多級微反射鏡的階梯步長(4-1)為d，階梯寬度(4-2)為a，階梯長度(4-3)為L，則多級微反射鏡(4)的第η級階梯面與平面反射鏡(3)之間的距離為nd，實像點Al與虛像點A2之間的光程差為2nd ； 設定系統的光譜帶寬為BW，系統的光譜分辨率為△ V，則根據采樣定理，多級微反射鏡(4)的階梯步長(4-1) d與總的階梯級數N應分別滿足如下公式
2.根據權利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀，其特征在于，所述前置成像系統(1)采用像方遠心光路結構。
3.根據權利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀，其特征在于，所述分束器(2)由分束板與補償板構成，位于前置成像系統的像方成像光路中。
4.根據權利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀，其特征在于，平面反射鏡(3)和多級微反射鏡(4)的零級階梯均位于前置成像系統的像方焦面上，接收并反射經前置成像系統(1)出射的成像光束；多級微反射鏡(4)的其余級階梯位于前置成像系統的像方焦面附近，接收并反射經前置成像系統(1)出射的成像光束，并且實現兩成像光束光程差的調制。
5.根據權利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀，其特征在于，所述多級微反射鏡(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，多級微反射鏡(4)的階梯級數決定了被分束器(2)分開的兩成像光束的光程差的米樣長度。
6.根據權利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀，其特征在于，所述平面反射鏡(3)和面陣探測器(6)分別位于后置成像系統(5)的共軛位置。
7.根據權利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀，其特征在于，所述后置成像系統(5)為中繼成像系統，采用雙遠心光路結構。
8.根據權利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀，其特征在于，設定前置成像系統I的焦距為，作用距離為H，地面像元分辨率為GSD，所述面陣探測器(6)利用m行像元接收一個階梯寬度，則系統的焦距為:
9.根據權利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯合調制紅外成像光譜儀，其特征在于，設定面陣探測器(6)的像元尺寸為C，系統利用m行像元接收一個階梯寬度a，則后置成像系統(5)的垂軸放大倍率為P=mc/a。
【文檔編號】G01J3/45GK103913232SQ201410086329
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2014年3月10日
【發明者】呂金光, 秦余欣, 梁中翥, 王維彪, 梁靜秋, 田超 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所