[发明专利]空间外差干涉超光谱成像装置及方法

权利要求书

1.一种空间外差干涉超光谱成像装置，其特征在于，包括沿光路方向依次共轴设置的前置物镜(1)、狭缝(2)、准直物镜(3)、光栅型迈克尔逊干涉系统(4)、后置成像系统(5)和信号处理系统(6)；其中狭缝(2)位于前置物镜(1)的焦面上，且狭缝(2)位于准直物镜(3)的前焦面上；光栅型迈克尔逊干涉系统(4)包括分束器(41)、第一衍射光栅(42)、第二衍射光栅(43)、第一棱镜(44)、第二棱镜(45)，其中第一衍射光栅(42)、第二衍射光栅(43)分别与各自的光轴正交面成Littrow角θ倾斜放置，且在分束器(41)与第一衍射光栅(42)之间放置第一棱镜(44)，在分束器与第二衍射光栅(43)之间放置第二棱镜(45)；后置成像系统(5)包括沿光路走向依次设置的第一成像物镜(51)、第二成像物镜(52)、柱面镜(53)、探测器(54)；信号处理系统(6)与探测器(54)相连；所有光学元件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高。

2.根据权利要求1所述的空间外差干涉超光谱成像装置，其特征在于光栅型迈克尔逊干涉系统(4)中第一棱镜(44)、第二棱镜(45)用于扩展视场，满足以下条件：

式中，n为棱镜材料折射率，为棱镜入射角，θ为光栅入射角即Littrow角。

3.一种基于权利要求1所述的空间外差干涉超光谱成像装置的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，来自目标各点的入射光经过前置物镜(1)，并在狭缝(2)所在平面成像；

第二步，通过狭缝(2)的光束经过准直物镜(3)后以平行光束形式进入光栅型迈克尔逊干涉系统(4)，平行光束被光栅型迈克尔逊干涉系统(4)分成两个平面波，并发生干涉，形成干涉条纹；

第三步，干涉条纹依次经过后置成像系统(5)中的第一成像物镜(51)、第二成像物镜(52)和柱面镜(53)后，狭缝上沿狭缝方向的不同视场点的干涉强度分布被柱面镜(53)后焦面处的探测器(54)的不同行接收，从而得到携带有一维空间信息和干涉信息的目标图像；推扫目标，探测器(54)即可获取携带有二维空间信息和每列干涉信息的目标图像，并将带有二维空间信息和每列干涉信息的目标图像转化为电信号进入信号处理系统(6)；

第四步，信号处理系统(6)从收到的电信号中提取目标各点不同光程差下的干涉数据，并对所得数据进行傅里叶变换获取目标各点的光谱信息及各个谱段的二维图像信息。

4.根据权利要求3所述的空间外差干涉超光谱成像装置的成像方法，其特征在于：第二步所述的光栅型迈克尔逊干涉系统(4)具体工作方法为：平行光束经过分束器(41)分为强度相等的第一反射光和第一透射光两支：第一反射光经过第一棱镜(44)入射到第一衍射光栅(42)上，被第一衍射光栅(42)衍射后返回到分束器(41)，形成第二反射光和第二透射光两支；第一透射光经过第二棱镜(45)入射到第二衍射光栅(43)上，被第二衍射光栅(43)衍射后返回到分束器(41)，形成第三反射光和第三透射光两支；经过分束器(41)的第二透射光和第三反射光发生干涉。