[發明專利]干涉成像光譜儀及干涉儀

有效

• 申請號: 201610481840.3
• 申請日: 2016-06-27
• 公開（公告）號: CN106052874B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 白清蘭;李立波;馮玉濤;鄒純博;孫劍;劉歡;李蕓;閆鵬;胡炳墚
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01B9/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 蘇蓓

技術領域

本發明涉及一種干涉光譜成像技術，也即傅里葉變換光譜成像技術，具體涉及一種干涉成像光譜儀及干涉儀。

背景技術

干涉光譜成像技術從原理上可分為瞳面干涉和像面干涉兩種類型，瞳面干涉的典型技術是空間調制干涉光譜成像技術，其特點是一幅干涉圖即可獲得被測目標的光譜，其光譜信息不受搭載平臺的姿態影響，這種光路原理是將來自目標景物元的能量擴展準直到瞳平面上，因而使得其靈敏度受到限制。

像面干涉的技術原理又可分為基于平行光路的等傾干涉成像和基于中間像面及會聚光路的等厚干涉成像，這兩種干涉光譜成像技術由于其具有高通量高靈敏度的典型優勢成為目前國際上研究的技術熱點。

基于平行光路的等傾干涉技術又稱為大口徑靜態干涉光譜成像技術，這種技術在實現高空間分辨率成像時有較大的體積和重量，其光路難以實現寬覆蓋的要求。

基于中間像面的等厚干涉光譜成像的典型技術有采用了反射面具有固定楔角的立方棱鏡邁克爾遜干涉儀，其光路由前置物鏡和倍率耦合成像鏡組成，干涉儀放置于中間像面處，這種光路具有結構緊湊的特點，易于實現高空間分辨率光路。

基于會聚光路的等厚干涉光譜成像的典型技術采用會聚光路中使用的改進型馬赫-澤德干涉儀，其成像光路僅由成像物鏡和干涉儀組成，干涉儀是由兩組分束器和兩組兩次反射補償器組成，易于實現寬覆蓋成像。馬赫-澤德干涉儀具有完全分開的雙光路分光型式，具有雙端口輸入輸出的特點，可方便配置成像光路的探測需求，如可直接在光路中實現全視場全孔徑定標而無需增加輔助光路，并可采用雙探測器接收實現譜段的擴展或采用亞像元技術實現超分辨成像，但由于這種干涉儀本身結構型式復雜，加工與裝調技術難度大，使應用受到了制約。

發明內容

本發明提出一種基于中間像面的新的結構型式的干涉成像光譜儀及干涉儀，這種干涉成像光譜儀的核心是一種結構簡單的雙等腰梯形棱鏡干涉儀，是由兩塊完全相同的等腰梯形棱鏡相向膠合而成，這種干涉儀結構型式簡單，具有雙端口的入射和出射面。

這種干涉成像光譜儀兼具上述干涉成像的技術優點，其靈敏度高，結構緊湊，易于實現高空間分辨率光路，易于實現寬覆蓋成像，雙端口的入射和出射面可實現全視場全孔徑定標而無需增加輔助光路，并可采用雙探測器接收實現譜段的擴展或采用亞像元技術實現超分辨成像，干涉儀棱鏡具有易于實現加工和裝配的優點。

本發明的技術方案如下：

干涉成像光譜儀，其特殊之處在于：包括前置成像物鏡、干涉儀、成像耦合鏡和光電探測器；

所述干涉儀包括兩塊相同的等腰梯形棱鏡，兩塊等腰梯形的下底面膠合，相膠合的面為分束面；兩塊等腰梯形的上底面為反射面；兩塊等腰梯形棱鏡的4個腰面中，其中相鄰的兩個腰面為干涉儀的入射端，另兩個腰面為干涉儀的出射端；

所述前置成像物鏡收集來自目標景物的能量并成像于前置成像物鏡的焦面位置；所述干涉儀位于所述焦面位置、且入射端朝向前置成像物鏡，目標景物的像經干涉儀后產生帶有干涉條紋的目標圖像；所述成像耦合鏡位于干涉儀的出射光路上、并將帶有干涉條紋的目標圖像成像于所述光電探測器上。

上述等腰梯形棱鏡的底角是45°。

上述等腰梯形棱鏡的腰長為a，下底長為b，a和b滿足

上述等腰梯形棱鏡上底與下底之間存在角度為α的楔角，楔角的旋轉點位于上底的中心。

上述干涉儀的光程差Δ＝4nαy；

其中，n為干涉儀棱鏡材料的折射率；

y為目標景物在前置成像物鏡處的成像的像高。

帶有干涉條紋的目標圖像在光電探測器上成像像面光譜維的像高y′滿足如下公式：

y′＝βy；

其中，β為成像耦合鏡的垂軸放大率。

一種干涉儀，其特殊之處在于：

所述干涉儀包括兩塊相同的等腰梯形棱鏡，兩塊等腰梯形的下底面膠合，相膠合的面為分束面；兩塊等腰梯形的上底面為反射面；兩塊等腰梯形棱鏡的4個腰面中，其中相鄰的兩個腰面為干涉儀的入射端，另兩個腰面為干涉儀的出射端；

所述等腰梯形棱鏡的底角是45°；

所述等腰梯形棱鏡的腰長為a，下底長為b，a和b滿足

所述等腰梯形棱鏡上底與下底之間存在角度為α的楔角，楔角的旋轉點位于上底的中心。

上述干涉儀的光程差Δ＝4nαy；

其中，n為干涉儀棱鏡材料的折射率；

α為等腰梯形棱鏡上底與下底之間存在的楔角，楔角的旋轉點位于上底的中心；

y為入射至干涉儀的圖像的像高。