[發明專利]基于光柵平動式光調制器的多目標成像光譜儀

無效

• 申請號: 201110033799.0
• 申請日: 2011-01-31
• 公開（公告）號: CN102175321A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 張智海;莫祥霞;王偉;郭媛君;黃慶探;張晨旸
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明涉及一種多目標成像光譜儀，更具體的說，本發明涉及一種基于微光機電系統制造的光柵平動式光調制器面陣的多目標成像光譜儀。

背景技術

成像光譜技術就是一類將成像技術和光譜技術相結合的新型多維信息獲取技術，它能夠得到被探測目標的空間信息和光譜信息，形成三維的數據的數據立方體。

長期以來，如何同時獲取太空望遠鏡視場中的成千上萬隨機分布輻射源的光譜成為太空探測的難題，這需要大量的光譜數據采樣。經典的物鏡棱鏡法，是通過一個和望遠鏡同樣數值孔徑尺寸的棱鏡實現的視場成像。這種方法混疊了視場內的所有輻射源的光譜。它適用于明亮的輻射源，同時存在著下面的缺點：（1）整個天域的背景噪聲影響了每個光譜成像點的質量；（2）如果不同輻射源排列在光譜色散方向，則會產生光譜混疊；(3)由于沒有狹縫，有效分辨率取決于物鏡的數字孔徑。盡管這樣，由于物鏡棱鏡法很簡單，只需要在普通成像儀前放置一個光柵棱鏡就可以，所以仍然在使用。光柵棱鏡是表面刻劃有光柵的棱鏡，在這里的作用是使特定中心波長的光不被偏轉開來。它特別適合于太空探測，因為太空的背景噪聲不象地面那么大。

為了克服上述缺點，提高探測效果，多目標成像光譜儀必須對每個目標都可以工作在狹縫模式。因為天體的分布是隨機的，所以解決方案必須很靈活。特別是，如果在焦平面上放置留有狹縫的金屬模版，那這個模版必須是對每個不同的天域是可以靈活更改的。因為望遠鏡的成像經常有幾何扭曲，在成像之前的目標定位就顯得很有必要。這種可置換的金屬模版的加工非常精細，而且針對紅外熱成像時，工作在低溫模式給換版帶來困難。

另一種方法使用精密機械定位的方式對每個輻射源安置固定光纖。當前使用幾百根光纖的儀器在不需制冷的可見光探測領域很流行。光纖的傳輸損耗和定位困難是它的主要缺點。

使用微光機電系統MOEMS技術成為多目標成像光譜儀的新型選擇。MOEMS技術制造的光調制器可以靈活的控制陣列中每個光調制器的開和關狀態，使相應的光線進入或者不進入光譜儀，這帶來很大的優勢。MOEMS光調制器允許實時計算并生產不同的焦平面狹縫模版，非常靈活和便利。

對比現有多目標成像光譜儀技術，各有其優缺點，能否有一種MOEMS光調制器方案，即沒有物鏡棱鏡多目標成像光譜儀的背景噪聲高、光譜混疊、分辨率取決于物鏡數值孔徑的缺點，沒有傳統機械模版式多目標成像光譜儀更換模版困難的缺點，也沒有光纖式多目標成像光譜儀傳輸損耗大和定位困難的缺點，這成為我們發明新型多目標成像光譜儀的初衷。

發明內容

本發明的目的是提供一種高速、靈活、靈敏度高、分辨率可調的多目標成像光譜儀，采用申請人前期研究的MOEMS光柵平動式光調制器GMLM（Grating?Moving?Light?Modulator，專利號ZL200510020186.8）作為光譜調制的核心器件，克服物鏡棱鏡多目標成像光譜儀的背景噪聲高、光譜混疊、分辨率取決于物鏡數值孔徑的缺點，沒有傳統機械模版式多目標成像光譜儀更換模版困難的缺點，也沒有光纖式多目標成像光譜儀傳輸損耗大和定位困難的缺點。

本發明的技術方案如下：

一種基于光柵平動式光調制器的多目標成像光譜儀，包括接收光學系統、光柵平動式光調制器面陣、分光系統、探測器、嵌入式系統。所光柵平動式光調制器面陣設置于接收光學系統的成像面上；接收分光系統設置于光柵平動式光調制器面陣的出射光路上；探測器設置于分光系統的成像面上；嵌入式系統控制光柵平動式光調制器面陣和探測器協調工作。視場里的輻射信息通過所述接收光學系統成像在光柵平動式光調制器面陣上，通過對光柵平動式光調制器面陣按照視場中的目標輻射源進行編程驅動，使目標輻射源的光輻射通過，而屏蔽背景光，經過分光系統后目標輻射源的光譜信息會聚到探測器上，最后嵌入式系統通過對探測器上的信號進行采集和處理同時得到目標輻射源的空間維信息和光譜維信息。

本發明所述接收光學系統是太空或地面天文望遠鏡、其它攝影和望遠成像系統。它用來獲得視場中所有目標的輻射信息，并成像在光柵平動式光調制器面陣上。

本發明所述分光系統由入射準直鏡、色散元件（反射式光柵、透射式光柵或棱鏡）和出射成像鏡構成。色散元件設置于入射準直鏡的出射光路上，出射成像鏡設置在色散元件的出射光路上。