基于多級微反射鏡的時空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀的制作方法
【專利摘要】基于多級微反射鏡的時空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，涉及成像光譜探測【技術(shù)領(lǐng)域】，為解決現(xiàn)有時間調(diào)制干涉成像光譜技術(shù)中穩(wěn)定性不強與空間調(diào)制干涉成像光譜技術(shù)中光通量不高的技術(shù)問題，包括前置成像系統(tǒng)、分束器、平面反射鏡、多級微反射鏡、后置成像系統(tǒng)和面陣探測器；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，另一束光經(jīng)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(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，所述焦平面探測器接收成像信息；本發(fā)明具有穩(wěn)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(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【技術(shù)領(lǐng)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(tǒng)為核心的靜態(tài)大孔徑時空聯(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)的有機結(jié)合，是近年來發(fā)展比較迅速的一項融光學(xué)、光譜學(xué)、精密機械、電子技術(shù)及計算機技術(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。時間調(diào)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(diào)制，經(jīng)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(diào)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(qū)動系統(tǒng)，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(wěn)定性和可靠性。而對于空間調(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(diào)制傅里葉變換成像光譜儀由于需要一個約束目標(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)明提出的基于多級微反射鏡的時空聯(lián)合調(diào)制傅里葉變換成像光譜儀，是一種在成像系統(tǒng)中加入改進邁克爾遜干涉儀的成像光譜儀器，由于取消了時間調(diào)制型傅里葉變換成像光譜儀的動鏡驅(qū)動系統(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、光通量大、信噪比高等優(yōu)點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明為解決現(xiàn)有時間調(diào)制干涉成像光譜技術(shù)中穩(wěn)定性不強與空間調(diào)制干涉成像光譜技術(shù)中光通量不高的技術(shù)問題，提供一種基于多級微反射鏡的時空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀。
[0006]基于多級微反射鏡的時空聯(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、多級微反射鏡、后置成像系統(tǒng)和面陣探測器；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，另一束光經(jīng)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(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，所述焦平面探測器接收成像息;
[0007]設(shè)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(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，多級微反射鏡的階梯步長d與總的階梯級數(shù)N應(yīng)分別滿足如下公式
【權(quán)利要求】
1.基于多級微反射鏡的時空聯(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)、多級微反射鏡(4)、后置成像系統(tǒng)(5)和面陣探測器(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，另一束光經(jīng)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(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，所述焦平面探測器(6)接收成像信息；其特征是， 設(shè)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(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，多級微反射鏡(4)的階梯步長(4-1) d與總的階梯級數(shù)N應(yīng)分別滿足如下公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯(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)采用像方遠心光路結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯(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所述的基于多級微反射鏡的時空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，其特征在于，平面反射鏡(3)和多級微反射鏡(4)的零級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；多級微反射鏡(4)的其余級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所述的基于多級微反射鏡的時空聯(lián)合調(diào)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(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度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯(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所述的基于多級微反射鏡的時空聯(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)，采用雙遠心光路結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯(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，所述面陣探測器(6)利用m行像元接收一個階梯寬度，則系統(tǒng)的焦距為:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級微反射鏡的時空聯(lián)合調(diào)制紅外成像光譜儀，其特征在于，設(shè)定面陣探測器(6)的像元尺寸為C，系統(tǒng)利用m行像元接收一個階梯寬度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】G01J3/45GK103913232SQ201410086329
【公開日】2014年7月9日 申請日期: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 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
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