一种采用菲涅尔双面反射镜的全反射式傅立叶变换成像光谱仪。该系统由光学结构、焦平面探测器及信号采集处理系统组成。光学结构包括反射式前置望远镜、狭缝、反射式准直镜、菲涅尔双面反射镜、反射式柱面镜等部分。入射光被菲涅尔双面反射镜分解成两束具有一定交角的相干光束，在焦平面探测器表面产生一维干涉条纹；另一维灰度图由柱面镜聚焦成像。二维焦平面探测器可采用可见光到长波红外（０．４－１４μｍ）中任意波段。信号采集处理系统可得到狭缝上各点的图像及光谱分布。沿与狭缝垂直方向推扫得到目标光谱图像数据立方体。本发明专利技术装置光谱响应波段宽、光通量大、信噪比高且结构简单，特别适用于航空航天遥感的高光谱成像领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种全反射式傅立叶变换成像光谱仪，属于遥感
中成像光谱仪的设计技术范畴；特别涉及空间调制干涉型傅立叶变换成像光谱仪的光学系统设计。
技术介绍
傅立叶变换成像光谱仪(Fourier Transform imaging spectrometer)又称作干涉型成像光谱仪(imaging interferometer)。与传统的色散型成像光谱仪相比较，傅立叶变换成像光谱仪具有输入光通量大、光谱分辨率高的特点，因此特别适合于航空航天遥感领域中的高光谱成像(Hyper spectralimaging)。从光学原理上看，傅立叶变换成像光谱仪可以划分为时间调制(Temporarily Modulated)干涉成像光谱仪和空间调制(Spatially Modulated)干涉成像光谱仪两大类。前者以依靠动镜扫描的迈克尔逊型(Michelson)傅立叶变换成像光谱仪为代表；后者的典型代表主要有采用Sagnac分束结构或其变体的傅立叶变换成像光谱仪，以及双折射晶体分束式即偏振干涉式傅立叶变换成像光谱仪等。文献、、分别介绍了采用Sagnac型分束干涉部件的空间调制型傅立叶变换成像光谱仪；文献、分别介绍了采用偏振型分束干涉部件的空间调制型傅立叶变换成像光谱仪。注意到上述装置都在它们的干涉系统中采用了透反式分束板或者透射式分光部件。在国内专利方面，中国专利No.99115952和No.99256131分别介绍了采用Sagnac分束结构的干涉型成像光谱仪；No.01213109、No.01213108以及No.99256129分别介绍了采用偏振型器件的干涉型成像光谱仪。上述专利技术装置的共同特点是都包含透反式或透射式光学部件。在国际专利方面，美国专利US4523846和US5777736分别介绍了采用Sagnac分束结构的干涉型成像光谱仪，二者都包含透反式或透射式光学部件；美国专利US5260767虽然介绍了一种全反射式成像光谱仪，但它采用的是色散型分光结构，不属于傅立叶变换成像光谱仪的类型。综上所述，迄今为止的傅立叶变换成像光谱仪都不可避免的采用了透反式或透射式的分束干涉结构。从原理上看，透反式或透射式分束干涉结构存在很多问题。其一，光谱范围受到限制；透反式分束板的基底材料对光波段有选择性；同时，镀在基底表面的分束膜的分光比也与波长有关；结果导致在成像光谱仪中必须采用多个具有不同光谱特性的分束板才能完成从可见光至红外波段的分束干涉，从而加大整个系统结构的复杂程度。其二，光能损失较大，分束器件透反射比例的非对称性以及在分束板的表面和内部存在的光损耗都会造成光能损失，这一问题不利于低照度下的高光谱成像。其三，偏振问题，分束膜导致两束光存在偏振现象，结果导致干涉调制度下降，从而降低所获取光谱图像的信噪比。其四，光程差与条纹位置的非线性问题。透反式和透射式干涉结构采用分振幅干涉原理，因此必须在干涉光路中采用一个傅立叶透镜才能使光程差与条纹位置成线性关系，这也增加了系统的复杂程度。廖宁放，基于干涉型傅立叶变换成像光谱带宽图像处理系统，国家863-13主题项目2002AA135040研究报告，2004。楚建军，傅立叶变换成像光谱技术研究，北京理工大学博士学位论文，2002.。R.G.Sellar，J.B.Rafert，The effects of aberrations on spatially modulated Fourier transformspec-trometers.Opt.Engng.，1994，33(16)3087～3092. R.G.ellar，J.B.Rafert，Fourier transform imaging spectrometer with a single toroidal optic.Appl.Opt.，1995，34(16)2931～2933. J.B.Rafert，R.G.Sellar，J.H.Blatt，Monolithic Fourier transform imaging spectrometer.Appl.Opt.，1995，34(31)7228～7230. P.D.Hammer，E.P.J.Valero，D.L.Peterson，An imaging interferometer for terrestrial remote sensing.Proc.SPIE，1993，1937244～255. W.H.Smith，P.D.Hammer，Digital array scanned interferometersensors and results.Appl.Opt.，1 996，35(16)2902～2909. 相里斌 赵葆常 杨建峰 王炜 原新晶 高立民 王忠厚 袁艳，高灵敏度干涉成像光谱装置，中国专利99256131。相里斌 赵葆常 杨建峰 原新晶 高立民 王忠厚 袁艳 王炜，一种干涉成像光谱技术及其装置，中国专利99115952。张淳民 相里斌 赵葆常 杨建峰，超小型稳态偏振干涉成像光谱仪，中国专利01213109。张淳民，稳态大视场偏振干涉成像光谱仪，中国专利01213108。相里斌杨建峰阮萍张淳民王炜，偏振型干涉成像光谱仪，中国专利99256129。Integrated optics in an electrically scanned imaging Fourier transform spectrometer.Patent NumberUS4523846. High Etendue Imaging Fourier Transform Spectrometer.Patent NumberUS5777736. Compact all-reflective imaging spectrometer，Patent NumberUS526076
技术实现思路
为了克服现有傅立叶变换成像光谱仪的透反式或透射式分束干涉结构存在的问题，本专利技术提出一种采用菲涅尔(Fresnel)双面反射镜作为干涉部件的全反射式傅立叶变换成像光谱仪。菲涅尔双面反射镜是一种经典的分波前干涉装置，与其它分振幅干涉装置相比，菲涅尔双面镜具有全反射的特点，因此可以工作在从可见光到热红外的波段范围。值得注意，菲涅尔双面反射镜的干涉调制度与狭缝宽度有一定联系，因此在传统的非成像型傅立叶变换成像光谱仪中，例如迈克尔逊型(Michelson)干涉仪，一般都不采用菲涅尔双面反射镜干涉结构而采用了分振幅干涉结构。然而，本专利技术涉及的成像光谱仪对空间分辨率有较高要求，必须采用一个狭缝来限制瞬时视场(IFOV)，因此，采用菲涅尔双面反射镜的干涉结构不会对成像光谱仪的干涉调制度造成影响。本专利技术的傅立叶变换成像光谱仪具有全反射的光路结构。整个装置由反射式前置望远镜、入射狭缝、反射式准直镜、菲涅尔双面镜、反射式柱面镜、焦平面探测器以及信号采集处理系统等部分组成。前置望远镜把远距离的线状目标成像在入射狭缝上，这相当于在空间遥感系统中，把垂直于推扫方向的远距离一维线状目标成像于干涉系统的入射狭缝上。准直镜把入射狭缝的出射光平行投射到菲涅尔双面反射镜表面；菲涅尔双面镜的表面镀金以实现可见光到热红外的宽光谱反射特本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用菲涅尔双面镜的全反射式傅立叶变换成像光谱仪，包括光学结构、焦平面探测器（６）以及信号采集处理系统（７）；其特征是：在它的光学结构中采用一组菲涅尔双面反射镜（４）以构成光学干涉结构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵达尊，廖宁放，楚建军，李颖，黄庆梅，蒋月娟，胡威捷，范秋梅，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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