基于輕型分束器的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀的制作方法
【專利摘要】基于輕型分束器的時(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，為解決現(xiàn)有成像光譜儀內(nèi)部的干涉分光系統(tǒng)體積較大，不便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輕量化，且內(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)的光通量的問題，柵格型分束器系統(tǒng)引入代替了系統(tǒng)中存在分束器和補(bǔ)償板，具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)輕量化的同時(shí)，為整體光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了方便，本發(fā)明所述的系統(tǒng)不含有狹縫，與空間調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀相比大大提高了系統(tǒng)的光通量，統(tǒng)去除了空間調(diào)制型傅里葉變換成像光譜儀中的狹縫，在實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率的同時(shí)有效的提高了系統(tǒng)的信噪比。本發(fā)明基于邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)，大大提高系統(tǒng)的可靠性。
【專利說明】基于輕型分束器的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀
【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，具體一種新型時(shí)空聯(lián)合調(diào)制紅外傅里葉變換成像光譜儀系統(tǒng)，具體涉及一種基于柵格型分束器的新型時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型傅里葉變換紅外成像光譜儀
【背景技術(shù)】
[0002]成像光譜儀是進(jìn)行深空遙感探測(cè)，地物目標(biāo)分析識(shí)別，地質(zhì)資源勘探的強(qiáng)有力的工具。它是在多光譜成像儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代光學(xué)遙感儀器，它結(jié)合了多光譜成像儀和光譜儀的特點(diǎn)?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行圖譜合一的探測(cè)，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。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目標(biāo)物體的干涉圖然后對(duì)獲得的目標(biāo)物體的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)鏡來產(chǎn)生時(shí)間序列的光程差，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。傳統(tǒng)的空間調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀的典型代表是:但空間調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀內(nèi)部的干涉分光系統(tǒng)體積較大，不便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輕量化，且空間調(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，系統(tǒng)不含有狹縫和可動(dòng)部件因此具有光通量大，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)部的干涉分光系統(tǒng)體積較大，不便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輕量化，且內(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)的光通量的問題，提供一種基于輕型分束器的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀。
[0004]基于輕型分束器的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，包括前置成像系統(tǒng)、干涉系統(tǒng)、后置成像系統(tǒng)和焦平面探測(cè)器，所述干涉系統(tǒng)包括柵格型分束器、多級(jí)階梯微反射鏡和平面反射鏡；目標(biāo)光束經(jīng)前置光學(xué)成像系統(tǒng)入射至柵格型分束器分成兩束光，一束光經(jīng)柵格型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)柵格型分束器透射至多級(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)柵格型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；
[0005]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為:S = 2nd ;
[0006]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)間的距離為:Λ h=Ha/f，；
[0007]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.基于輕型分束器的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，包括前置成像系統(tǒng)(I)、干涉系統(tǒng)(2)、后置成像系統(tǒng)(3)和焦平面探測(cè)器(4)，其特征是，所述干涉系統(tǒng)(2)包括柵格型分束器(6)、多級(jí)階梯微反射鏡(7)和平面反射鏡(5);目標(biāo)光束經(jīng)前置光學(xué)成像系統(tǒng)(O入射至柵格型分束器(6)分成兩束光，一束光經(jīng)柵格型分束器(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)柵格型分束器(6)透射至多級(jí)階梯微反射鏡(7)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)柵格型分束器(6)透射和反射后入射至后置成像系統(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為:S = 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)間的距離為: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)角為:
2.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的基于輕型分束器的時(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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輕型分束器的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于，前置成像系統(tǒng)(I)采用四片球面透射式結(jié)構(gòu)，后置成像系統(tǒng)(3)采用七片球面透射式結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輕型分束器的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于，所述柵格型分束器(6)采用MOEMS技術(shù)，將基膜支撐在具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的柵格支撐體上，然后將紅外分光膜鍍?cè)诨ど?，所述柵格型分束?6)利用柵格結(jié)構(gòu)對(duì)分光膜系進(jìn)行支撐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輕型分束器的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于，所述多級(jí)階梯微反射鏡(7)采用在基底上進(jìn)行多次光刻鍍膜的方法制作，并且在所述多級(jí)階梯微反射鏡(7)的表面鍍紅外高反膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輕型分束器的時(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lnm-50 μ m之間，所述多級(jí)階梯微反射鏡(7)的階梯高度誤差小于階梯高度的5%。
【文檔編號(hào)】G01J3/45GK103913231SQ201410086315
【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】梁靜秋, 梁中翥, 王維彪, 呂金光, 田超, 秦余欣 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所