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基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪的制作方法
【专利摘要】基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪，涉及成像光谱探测【技术领域】，为解决现有时间调制干涉成像光谱技术中稳定性不强与空间调制干涉成像光谱技术中光通量不高的技术问题，包括前置成像系统、分束器、平面反射镜、多级微反射镜、后置成像系统和面阵探测器；目标光束经前置成像系统入射至分束器分成两束光，一束光经分束器反射至平面反射镜上成像为第一像点，另一束光经分束器透射至多级阶梯微反射镜某个阶梯反射面成像为第二像点；所述第一像点和第二像点发出的光分别经分束器透射和反射后入射至后置成像系统成像，所述焦平面探测器接收成像信息；本发明具有稳定性好、可靠性强、光通量大、信噪比高的特点。
【专利说明】基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及成像光谱探测【技术领域】，涉及一种成像光谱仪器，具体的说是涉及一种以基于多级微反射镜的干涉系统为核心的静态大孔径时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪器。
【背景技术】
[0002]成像光谱技术为成像技术与光谱技术的有机结合，是近年来发展比较迅速的一项融光学、光谱学、精密机械、电子技术及计算机技术于一体的高新科技。成像光谱仪作为在成像光谱技术的基础上发展起来的新一代光学遥感器，既可获取目标的图像信息，又可从获得的光谱图像数据中得出物质的光谱特征，从而揭示各种目标的光谱特性、存在状况以及物质成份。成像光谱仪的光学系统一般由望远系统和光谱仪系统组成，在其成像焦平面上用面阵列探测器采集数据，航天器沿飞行轨迹方向推扫成像。经典的成像光谱仪主要是棱镜色散和光栅色散型成像光谱仪，新型的成像光谱仪主要是傅里叶变换成像光谱仪。
[0003]傅里叶变换成像光谱仪根据其干涉图调制方式的不同，主要有时间调制傅里叶变换成像光谱仪和空间调制傅里叶变换成像光谱仪。时间调制型傅里叶变换成像光谱仪通过一个定镜和一个动镜扫描对干涉级次进行时间调制，经过一个扫描周期之后，每一个像素就可以获得一个完整的光谱。时间调制型傅里叶变换成像光谱仪由于需要一套高精度的动镜驱动系统，对扰动比较敏感，对机械扫描精度要求也高，从而降低了仪器的稳定性和可靠性。而对于空间调制傅里叶变换成像光谱仪，其目标的狭缝像在与狭缝像垂直的方向上展开为各个干涉级次的干涉图，从而每一行与狭缝垂直方向的像素就可以获得狭缝上每一点的光谱信息。空间调制傅里叶变换成像光谱仪由于需要一个约束目标空间分辨率的狭缝，从而限制了系统的光通量，降低了系统的信噪比。
[0004]本发明提出的基于多级微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪，是一种在成像系统中加入改进迈克尔逊干涉仪的成像光谱仪器，由于取消了时间调制型傅里叶变换成像光谱仪的动镜驱动系统和空间调制型傅里叶变换成像光谱仪中的狭缝，因此具有稳定性好、可靠性强、光通量大、信噪比高等优点。

【发明内容】

[0005]本发明为解决现有时间调制干涉成像光谱技术中稳定性不强与空间调制干涉成像光谱技术中光通量不高的技术问题，提供一种基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪。
[0006]基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪，包括前置成像系统、分束器、平面反射镜、多级微反射镜、后置成像系统和面阵探测器；目标光束经前置成像系统入射至分束器分成两束光，一束光经分束器反射至平面反射镜上成像为第一像点，另一束光经分束器透射至多级阶梯微反射镜某个阶梯反射面成像为第二像点；所述第一像点和第二像点发出的光分别经分束器透射和反射后入射至后置成像系统成像，所述焦平面探测器接收成像息;
[0007]设定多级微反射镜的阶梯步长为d，阶梯宽度为a，阶梯长度为L，则多级微反射镜的第η级阶梯面与平面反射镜之间的距离为nd，实像点Al与虚像点A2之间的光程差为2nd ；
[0008]设定系统的光谱带宽为BW，系统的光谱分辨率为Λ V，则根据采样定理，多级微反射镜的阶梯步长d与总的阶梯级数N应分别满足如下公式
【权利要求】
1.基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪，包括前置成像系统(1)、分束器(2)、平面反射镜(3)、多级微反射镜(4)、后置成像系统(5)和面阵探测器(6);目标光束经前置成像系统(1)入射至分束器(2 )分成两束光，一束光经分束器(2 )反射至平面反射镜(3)上成像为第一像点，另一束光经分束器(2)透射至多级阶梯微反射镜(7)某个阶梯反射面成像为第二像点； 所述第一像点和第二像点发出的光分别经分束器(2)透射和反射后入射至后置成像系统(5 )成像，所述焦平面探测器(6)接收成像信息；其特征是， 设定多级微反射镜的阶梯步长(4-1)为d，阶梯宽度(4-2)为a，阶梯长度(4-3)为L，则多级微反射镜(4)的第η级阶梯面与平面反射镜(3)之间的距离为nd，实像点Al与虚像点A2之间的光程差为2nd ； 设定系统的光谱带宽为BW，系统的光谱分辨率为△ V，则根据采样定理，多级微反射镜(4)的阶梯步长(4-1) d与总的阶梯级数N应分别满足如下公式
2.根据权利要求1所述的基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪，其特征在于，所述前置成像系统(1)采用像方远心光路结构。
3.根据权利要求1所述的基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪，其特征在于，所述分束器(2)由分束板与补偿板构成，位于前置成像系统的像方成像光路中。
4.根据权利要求1所述的基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪，其特征在于，平面反射镜(3)和多级微反射镜(4)的零级阶梯均位于前置成像系统的像方焦面上，接收并反射经前置成像系统(1)出射的成像光束；多级微反射镜(4)的其余级阶梯位于前置成像系统的像方焦面附近，接收并反射经前置成像系统(1)出射的成像光束，并且实现两成像光束光程差的调制。
5.根据权利要求1所述的基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪，其特征在于，所述多级微反射镜(4)的阶梯高度决定了被分束器分开的两成像光束的光程差的采样间隔，多级微反射镜(4)的阶梯级数决定了被分束器(2)分开的两成像光束的光程差的米样长度。
6.根据权利要求1所述的基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪，其特征在于，所述平面反射镜(3)和面阵探测器(6)分别位于后置成像系统(5)的共轭位置。
7.根据权利要求1所述的基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪，其特征在于，所述后置成像系统(5)为中继成像系统，采用双远心光路结构。
8.根据权利要求1所述的基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪，其特征在于，设定前置成像系统I的焦距为，作用距离为H，地面像元分辨率为GSD，所述面阵探测器(6)利用m行像元接收一个阶梯宽度，则系统的焦距为:
9.根据权利要求1所述的基于多级微反射镜的时空联合调制红外成像光谱仪，其特征在于，设定面阵探测器(6)的像元尺寸为C，系统利用m行像元接收一个阶梯宽度a，则后置成像系统(5)的垂轴放大倍率为P=mc/a。
【文档编号】G01J3/45GK103913232SQ201410086329
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】吕金光, 秦余欣, 梁中翥, 王维彪, 梁静秋, 田超 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所