[发明专利]干涉成像光谱仪及干涉仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种干涉光谱成像技术，也即傅里叶变换光谱成像技术，具体涉及一种干涉成像光谱仪及干涉仪。

背景技术

干涉光谱成像技术从原理上可分为瞳面干涉和像面干涉两种类型，瞳面干涉的典型技术是空间调制干涉光谱成像技术，其特点是一幅干涉图即可获得被测目标的光谱，其光谱信息不受搭载平台的姿态影响，这种光路原理是将来自目标景物元的能量扩展准直到瞳平面上，因而使得其灵敏度受到限制。

像面干涉的技术原理又可分为基于平行光路的等倾干涉成像和基于中间像面及会聚光路的等厚干涉成像，这两种干涉光谱成像技术由于其具有高通量高灵敏度的典型优势成为目前国际上研究的技术热点。

基于平行光路的等倾干涉技术又称为大口径静态干涉光谱成像技术，这种技术在实现高空间分辨率成像时有较大的体积和重量，其光路难以实现宽覆盖的要求。

基于中间像面的等厚干涉光谱成像的典型技术有采用了反射面具有固定楔角的立方棱镜迈克尔逊干涉仪，其光路由前置物镜和倍率耦合成像镜组成，干涉仪放置于中间像面处，这种光路具有结构紧凑的特点，易于实现高空间分辨率光路。

基于会聚光路的等厚干涉光谱成像的典型技术采用会聚光路中使用的改进型马赫-泽德干涉仪，其成像光路仅由成像物镜和干涉仪组成，干涉仪是由两组分束器和两组两次反射补偿器组成，易于实现宽覆盖成像。马赫-泽德干涉仪具有完全分开的双光路分光型式，具有双端口输入输出的特点，可方便配置成像光路的探测需求，如可直接在光路中实现全视场全孔径定标而无需增加辅助光路，并可采用双探测器接收实现谱段的扩展或采用亚像元技术实现超分辨成像，但由于这种干涉仪本身结构型式复杂，加工与装调技术难度大，使应用受到了制约。

发明内容

本发明提出一种基于中间像面的新的结构型式的干涉成像光谱仪及干涉仪，这种干涉成像光谱仪的核心是一种结构简单的双等腰梯形棱镜干涉仪，是由两块完全相同的等腰梯形棱镜相向胶合而成，这种干涉仪结构型式简单，具有双端口的入射和出射面。

这种干涉成像光谱仪兼具上述干涉成像的技术优点，其灵敏度高，结构紧凑，易于实现高空间分辨率光路，易于实现宽覆盖成像，双端口的入射和出射面可实现全视场全孔径定标而无需增加辅助光路，并可采用双探测器接收实现谱段的扩展或采用亚像元技术实现超分辨成像，干涉仪棱镜具有易于实现加工和装配的优点。

本发明的技术方案如下：

干涉成像光谱仪，其特殊之处在于：包括前置成像物镜、干涉仪、成像耦合镜和光电探测器；

所述干涉仪包括两块相同的等腰梯形棱镜，两块等腰梯形的下底面胶合，相胶合的面为分束面；两块等腰梯形的上底面为反射面；两块等腰梯形棱镜的4个腰面中，其中相邻的两个腰面为干涉仪的入射端，另两个腰面为干涉仪的出射端；

所述前置成像物镜收集来自目标景物的能量并成像于前置成像物镜的焦面位置；所述干涉仪位于所述焦面位置、且入射端朝向前置成像物镜，目标景物的像经干涉仪后产生带有干涉条纹的目标图像；所述成像耦合镜位于干涉仪的出射光路上、并将带有干涉条纹的目标图像成像于所述光电探测器上。

上述等腰梯形棱镜的底角是45°。

上述等腰梯形棱镜的腰长为a，下底长为b，a和b满足

上述等腰梯形棱镜上底与下底之间存在角度为α的楔角，楔角的旋转点位于上底的中心。

上述干涉仪的光程差Δ＝4nαy；

其中，n为干涉仪棱镜材料的折射率；

y为目标景物在前置成像物镜处的成像的像高。

带有干涉条纹的目标图像在光电探测器上成像像面光谱维的像高y′满足如下公式：

y′＝βy；

其中，β为成像耦合镜的垂轴放大率。

一种干涉仪，其特殊之处在于：

所述干涉仪包括两块相同的等腰梯形棱镜，两块等腰梯形的下底面胶合，相胶合的面为分束面；两块等腰梯形的上底面为反射面；两块等腰梯形棱镜的4个腰面中，其中相邻的两个腰面为干涉仪的入射端，另两个腰面为干涉仪的出射端；

所述等腰梯形棱镜的底角是45°；

所述等腰梯形棱镜的腰长为a，下底长为b，a和b满足

所述等腰梯形棱镜上底与下底之间存在角度为α的楔角，楔角的旋转点位于上底的中心。

上述干涉仪的光程差Δ＝4nαy；

其中，n为干涉仪棱镜材料的折射率；

α为等腰梯形棱镜上底与下底之间存在的楔角，楔角的旋转点位于上底的中心；

y为入射至干涉仪的图像的像高。