[发明专利]基于微干涉阵列的紧凑型快照式光谱成像装置及方法

说明书

本发明涉及一种快照式光谱成像装置，特别涉及一种基于微干涉阵列的紧凑型快照式光谱成像装置及方法，解决了现有快照式光谱成像装置难以满足对温室气体测量时，需要成像装置体积小、回访频率高、空间分辨率高和空间覆盖率高的技术问题。该装置的特殊在于：包括沿光路依次设置的成像物镜、光阑、准直物镜、滤光片、微干涉阵列、微光阑阵列、微透镜阵列及大靶面探测器；微干涉阵列是由m乘n个厚度不同的干涉调制单元组成的m行n列的干涉调制单元阵列；位于第一行第一列的干涉调制单元最薄，每一行从第一列至第n列厚度依次递增，从第2行起，该行第一列的厚度大于上一行最后一列的厚度；光阑单元及透镜单元与干涉调制单元一一对应。

技术领域

本发明涉及一种快照式光谱成像装置，特别涉及一种基于微干涉阵列的紧凑型快照式光谱成像装置及方法。

背景技术

温室气体(甲烷、二氧化碳等)是影响气候变化、引起全球变暖的重要因素，提高温室气体的测量精度，可以更加准确的分析其来源。目前，温室气体监测技术面临的技术挑战主要有两个：第一个是设计超紧凑的光学测量方案实现高稳定、高精度测量；第二个是提高监测的回访频率、空间分辨率和空间覆盖率。

快照式光谱成像技术能够同步获取目标随时间变化的二维空间信息、光谱信息，逐渐发展成为一项极具潜力的光谱测量手段。目前，常规的快照式光谱成像装置主要包括滤光型和干涉型两种。其中，滤光型快照式光谱成像装置由于受到镀膜工艺的限制，难以实现较高的光谱分辨率；而现有的干涉型快照式光谱成像装置由于受到信号采样点数的限制，光谱分辨率同样难以提高，且体积较大。因此，现有的快照式光谱成像装置均难以满足对温室气体测量时，需要成像装置体积小、回访频率高、空间分辨率高和空间覆盖率高的应用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微干涉阵列的紧凑型快照式光谱成像装置及方法，以解决现有快照式光谱成像装置难以满足对温室气体测量时，需要成像装置体积小、回访频率高、空间分辨率高和空间覆盖率高的技术问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于微干涉阵列的紧凑型快照式光谱成像装置，其特殊之处在于：

包括沿光路依次设置的成像物镜、光阑、准直物镜、滤光片、微干涉阵列、微光阑阵列、微透镜阵列以及大靶面探测器；

所述微干涉阵列是由m乘n个干涉调制单元组成的m行n列的干涉调制单元阵列，其中m、n为大于等于2的自然数；所述干涉调制单元阵列的行方向与列方向均垂直于所述光路方向，所述干涉调制单元的厚度方向平行于所述光路方向，且m乘n个干涉调制单元靠近滤光片一侧的端面位于同一平面上；所述m乘n个干涉调制单元的厚度均不相同，其中，位于第一行第一列的干涉调制单元最薄，每一行从第一列至第n列厚度依次递增，且从第2行起，该行第一列的厚度大于上一行最后一列的厚度；

所述微光阑阵列中的光阑单元以及微透镜阵列的透镜单元均与微干涉阵列中的干涉调制单元一一对应；每个所述光阑单元的通光口径均小于对应的干涉调制单元和透镜单元的口径。

进一步地，为了数据处理方便，所述干涉调制单元为正方形。

进一步地，所述微干涉阵列由未镀膜的硅材料制成。

进一步地，所述微干涉阵列由经过镀膜工艺处理的玻璃材料制成。

同时，本发明还提供了一种基于上述基于微干涉阵列的紧凑型快照式光谱成像装置的成像方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1：来自待探测场景的入射光束经过成像物镜成像在光阑所在位置，确定目标视场，消除杂散光束，有效光束透过光阑后出射；

步骤2：从步骤1中光阑出射的光束经过准直物镜后，形成准直光束；

步骤3：步骤2形成的准直光束经过滤光片后，选通目标波段的光束透过滤光片出射，其它波段的光束被反射或吸收；