[發明專利]基于多級微反射鏡的傅里葉變換紅外成像光譜儀

有效

• 申請號: 201410086376.9
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103913234A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 梁靜秋;梁中翥;王維彪;呂金光;田超;秦余欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01J3/02;G02B27/10
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及對地遙感探測領域，涉及一種傅里葉變換成像光譜儀系統，具體涉及一種基于集成階梯微反射鏡和片狀分束器的新型時空聯合調制傅里葉變換紅外光譜儀系統。

背景技術

成像光譜儀是光譜儀和成像儀的有機的結合，它可以獲得目標物體光譜信息和圖像信息，解決了傳統的光譜儀有譜無圖像和傳統的多光譜成像儀中有像無光譜的難題。因此其廣泛的應用在空間遙感，軍事目標探測，地質資源勘探，環境監測，氣象分析等領域。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，在探測器上接受每個光譜元的輻射信息。其發展比較早，在航空航天領域應用比較廣泛，但是光譜分辨率受狹縫的控制，因此其在探測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物體的干涉圖然后對干涉圖做傅里葉變換獲得物體的光譜信息。按照對干涉圖的調制方式的不同，傅里葉變換成像光譜儀主要可分為時間調制型、空間調制型和時空聯合調制型。時間調制型傅里葉變換成像光譜儀是基于邁克爾遜干涉儀結構，其采用驅動一個動鏡來產生光程差。因此需要一套精密的驅動裝置，其實時性比較差。空間調制傅里葉變換成像光譜儀其內部不含有可動部件，其利用空間位置的不同產生光程差，可以實現對迅變物體的光譜測量，其實時性比較好。但傳統的空間調制傅里葉變成像光譜儀內部含有與空間分辨率有關的狹縫，限制了進入系統的光通量，并且當前的空間調制傅里葉變換成像光譜儀普遍存在著結構不緊湊，重量比較重的缺點。時空聯合調制型傅里葉變換成像光譜儀是基于像面干涉成像原理，其內部不含有狹縫和可動部件，因此具有光通量大結構穩定的優點。

發明內容

本發明為解決現有成像光譜儀內部含有與空間分辨率有關的狹縫，限制了進入系統的光通量，普遍存在著結構不緊湊，重量比較重等缺點的問題，提供一種基于多級階梯微反射鏡的傅里葉變換紅外成像光譜儀。

基于多級微反射鏡的傅里葉變換紅外成像光譜儀，包括前置成像系統、干涉系統、后置成像縮束系統和焦平面探測器，所述干涉系統包括多級階梯微反射鏡片狀分束器、補償板和平面反射鏡；目標物體發出的光經前置成像系統和片狀分束器后，形成兩束光，一束光經片狀分束器反射至平面反射鏡上成像為第一像點，另一束光經片狀分束器透射后經補償板在多級階梯微反射鏡的某個階梯反射面上成像為第二像點；所述第一像點的光經片狀分束器透射至后置成像縮束系統成像，第二像點的光經補償板至片狀分束器反射后，在后置成像縮束系統成像，所述后置成像縮束系統的像由焦平面探測器接收。

所述設定多級階梯微反射鏡的階梯高度為d，在第n個階梯反射面所對應的視場角范圍內，目標物體在第n個階梯微反射面所成的像與目標物體在第n個階梯反射面的鏡像位置所成的虛像之間的光程差，用公式一表示為：

公式一、δ＝2nd；

設定多級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（1）的焦距為f'，則相鄰像點間的距離為a，獲得相鄰目標物體點間的距離用公式二表示為：

公式二、Δh＝Ha/f'；

設定多級階梯微反射鏡（7）的對角線長度為h，前置成像系統（1）的視場角為：2w=2arctan(h2f′).]]>

本發明的工作原理：本發明所述的紅外成像光譜儀作為一個二次成像系統，該成像光譜儀的光程差由多級微反射鏡的階梯高度所決定。某一時刻地面目標物體發出的光經前置成像系統和分束器之后分別成像在多級微反射鏡和平面鏡上，由于階梯高度的存在，使得成像在多級微反射鏡和平面鏡上的兩個一次像點產生一個固定的位相差。兩個一次像點作為兩個相干的物源經后置成像縮束系統成像后即可獲得地面目標物體的圖像信息和干涉光強信息。隨著系統對地面進行推掃,地面目標物體在下一時刻就會以另外一個視場角進入系統，從而成像在相鄰的階梯反射面上。在一個窗掃模式之內，地面目標物體就能完成在所有的階梯反射面上的成像。通過對多幀圖像進行剪切和拼接，即可獲得地面目標物體的圖像信息和干涉圖信息，對干涉圖進行傅里葉變換，就可以獲得地面目標物體的光譜信息。