[发明专利]基于双平面直角反射镜的红外干涉成像光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及成像光谱技术领域，尤其涉及一种静态、高通量的基于双平面直角反射镜的红外干涉成像光谱仪。

背景技术

干涉成像光谱技术，相对于传统色散分光成像光谱技术，拥有高通量、高信噪比的优势，特别适用于常温目标辐射较弱的红外波段，在工农业生产、环境监测、物质鉴别等领域有广泛应用。

1991年，法国太空空间与战略系统分部就研制出迈克尔逊干涉型时间调制傅里叶变换成像光谱仪【DSimenoni.Newconceptforhigh-compactimagingFouriertransformspectrometer(IFTS)[C].SPIE,1991,1479:127-138】，该成像光谱仪采用线性往复扫描方式，稳定性差，工艺复杂。

2004年象山星旗电器科技有限公司提出了窗扫静态红外傅里叶变换成像光谱仪系统【中国专利，申请号：201420381552.7】，采用静态迈克尔逊干涉原理，使用错位布置的立体角反射镜使光束产生横向剪切，前置摆镜。该系统使用立体角反射镜减小了光学元件间的限制，便于光学设计和像差校正，但是立体角反射镜的圆形有效口径与光束在该处的矩形投影不匹配，需要较大口径的立体角反射镜否则会产生渐晕，进而影响反演光谱的准确性。

2005年，中科院西安光学精密机械研究所提出了高稳定度干涉成像光谱仪的成像方法及实现该方法的光谱仪【中国专利，申请号：200510096119.4】，该技术使用“角反射镜+斜面转镜”构成变形的时间调制型迈克尔逊干涉仪。该技术将迈克尔逊干涉仪中动镜的移动变为斜面转镜的连续转动，提高了稳定性。但该光谱仪的光路太长，视场大小受到限制，且对一个视场的景物扫描一个完整周期才能转向下一个视场，大面积推扫时需要进行图像移动补偿修正。

综上所述，迄今为止时间调制型傅立叶变换成像光谱仪的动镜线性扫描和转镜扫描原理各有特点，但都存在稳定性差、工艺复杂和视场受限等问题；而时空混合调制型的窗扫静态红外傅里叶变换成像光谱仪系统，存在角反射镜有效口径与光束投影不匹配的问题。

发明内容

为克服现有技术中存在的不足，本发明提供了结构紧凑而稳定、高通量的一种基于双面直角反射镜的红外干涉成像光谱仪。

本发明的技术方案为：

所述一种基于双平面直角反射镜的红外干涉成像光谱仪，其特征在于：包括旋转平台、分束器、第一直角反射镜、第二直角反射镜、成像物镜、面阵探测器、控制与信息处理模块；分束器、第一直角反射镜、第二直角反射镜、成像物镜、面阵探测器均安装在旋转平台上；控制与信息处理模块控制旋转平台和面阵探测器，并接收面阵探测器信号；

第一直角反射镜和第二直角反射镜均是由两个平面反射镜以90°角胶合而成；

红外干涉成像光谱仪的光轴过分束器中心，且与分束器的分光面成45°角；第一直角反射镜、第二直角反射镜布置在分束器两侧；沿红外干涉成像光谱仪的光轴入射的入射光经分束器分成第一反射光和第一透射光；第一反射光经第一直角反射镜反射后，再经分束器分成第二反射光和第二透射光；第一透射光经第二直角反射镜反射后，再经分束器分成第三反射光和第三透射光；第二透射光和第三反射光存在横向剪切量，并入射成像物镜，后会聚在面阵探测器上的同一点并发生干涉。

进一步的优选方案，所述一种基于双平面直角反射镜的红外干涉成像光谱仪，其特征在于：分束器由分光镜和补偿镜组成，分光镜与补偿镜材料、厚度相同；分光镜与补偿镜贴合的一面镀分光膜，分光镜另一面以及补偿镜的两个面镀增透膜。

进一步的优选方案，所述一种基于双平面直角反射镜的红外干涉成像光谱仪，其特征在于：分束器为单片红外光学玻璃平板，红外光学玻璃平板两面均为一半镀分光膜，另一半镀增透膜，且一面的分光膜与另一面的增透膜位置对应。

进一步的优选方案，所述一种基于双平面直角反射镜的红外干涉成像光谱仪，其特征在于：分束器上所镀的分光膜为红外宽波段的等比消偏振分光膜系。

进一步的优选方案，所述一种基于双平面直角反射镜的红外干涉成像光谱仪，其特征在于：面阵探测器为中波和/或长波红外波段的探测器。

有益效果

本发明的优点是：

1)成像光谱仪自身光路中无任何运动部件，仅依靠所搭载平台的移动或转动采集数据，稳定性高。

2)光学结构仅由5个部件构成，无需前置光学系统，结构简单，布置紧凑，光路很短，以较小的体积实现大视场和高通量。