CN103913227A - 基于轻型分束器的红外成像光谱仪及制作方法 - Google Patents

Abstract

基于轻型分束器的红外成像光谱仪及制作方法，涉及对地观测成像光谱仪领域，为解决现有成像光谱仪内部的干涉分光系统体积较大，不便于实现系统的轻量化，且内部含有与空间分辨率有关的狭缝，限制了进入系统的光通量的问题，栅格型分束器系统引入代替了系统中存在分束器和补偿板，具有体积小、重量轻的优点。在实现了系统轻量化的同时，为整体光学系统的设计带来了方便，本发明所述的系统不含有狭缝，与空间调制傅里叶变换成像光谱仪相比大大提高了系统的光通量，统去除了空间调制型傅里叶变换成像光谱仪中的狭缝，在实现高光谱分辨率的同时有效的提高了系统的信噪比。本发明基于迈克尔逊干涉仪结构，大大提高系统的可靠性。

Description

基于轻型分束器的红外成像光谱仪及制作方法

技术领域

本发明涉及对地观测成像光谱仪制作领域，涉及一种时空联合调制的成像光谱仪制作方法，具体涉及一种基于栅格型分束器的时空联合调制红外傅里叶变换成像光谱仪系统制作方法。

背景技术

成像光谱仪是进行地面遥感探测的重要工具，它融合了多光谱成像仪和光谱仪的特点，真正实现了对物体进行“图谱合一”的探测。因此其广泛的应用在空间遥感，军事目标探测，地质资源勘探，环境监测，气象分析等领域。按照其工作原理的不同其主要分为色散型和傅里叶变换型两类。色散型成像光谱仪可以直接获得物体的光谱信息，它主要是以棱镜或光栅作为分光元件，在探测器上接受每个光谱元的辐射信息。其发展比较早，技术也比较成熟，在航空航天领域应用比较广泛，但是光谱分辨率受狭缝的控制，因此其在探测红外弱辐射方面比较困难。傅里叶变换成像光谱仪是先获得物体的干涉图然后对干涉图做傅里叶变换变换获得物体的光谱。按照对干涉图的调制方式的不同，傅里叶变换成像光谱仪可分为时间调制型、空间调制型和时空联合调制型。时间调制型傅里叶变换成像光谱仪是基于迈克尔逊干涉仪结构，其采用驱动一个动镜来产生光程差，因此需要一套精密的驱动装置。而且完成一幅干涉图的测量需要一个周期的时间，其实时性比较差，并且不能实现对迅变物体的测量。空间调制傅里叶变换成像光谱仪其内部不含可动部件，其利用空间位置的不同产生光程差可以实现对迅变物体的光谱测量，其实时性比较好。但是传统的空间调制型的傅里叶变换成像光谱仪存在着分束器件体积较大，不能实现成像光谱仪轻量化的要求。时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪是基于像面干涉成像原理，获得是经干涉图调制后的目标物体的全景图像，其不含有狭缝和可动部件，因此具有光通量大和结构稳定的优点。

发明内容

本发明为解决现有光谱仪器中存在分束器件体积较大，时实性差等问题，提供一种基于轻型分束器的红外成像光谱仪及制作方法，

基于轻型分束器的红外成像光谱仪，包括前置成像系统、干涉系统、后置成像缩束系统和红外CCD，所述干涉系统包括栅格型分束器、多级阶梯微反射镜和平面反射镜；目标光束经前置光学成像系统入射至栅格型分束器分成两束光，一束光经栅格型分束器反射至平面反射镜上成像为第一像点，另一束光经栅格型分束器透射至多级阶梯微反射镜某个阶梯面成像为第二像点；

所述第一像点和第二像点发出的光分别经栅格型分束器透射和反射后入射至后置成像缩束系统成像，所述红外CCD接收成像信息；

所述设定多级阶梯微反射镜的阶梯高度为d，在第n个阶梯反射面所对应的视场角范围内，目标物体在第n个阶梯微反射面所成的像与目标物体在第n个阶梯反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差为：δ＝2nd；

设定多级阶梯微反射镜的反射面宽度为a，红外成像光谱仪的飞行高度为H，前置成像系统的焦距为f'，则相邻像点间的距离为a，获得相邻目标物体点间的距离为：Δh＝Ha/f'；

设定多级阶梯微反射镜的对角线长度为h，前置成像系统的视场角为： $2w=2\arctan \left(\frac{h}{2f^{\′}}\right).$

基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：

步骤一、制作成像光谱仪的基底，选取铝、铜、钛、不锈钢或硅作为基底材料，并对基底的表面进行抛光处理；抛光面粗糙度小于等于10微米，平面度小于等于50微米；

步骤二、在抛光后的基底上用精密机械加工方法或基于MOEMS技术的光刻与腐蚀方法制作相互垂直的参考线作为第一光轴和第二光轴参考基准线。根据分析计算，在基底上制作光学元件的微型调节机构；

具体过程为：

在基底上制作第一光轴参考基准线和第二光轴参考基准线，根据计算结果在第一光轴参考基准线与第二光轴参考基准线的垂直中心安装栅格型分束器的微型调节机构，在第二光轴参考基准线上且位于分束器的微型调节机构左侧安装多级阶梯微反射镜的微型调节机构，在第二光轴参考基准线上且位于分束器的微型调节机构右侧依次安装后置成像系统的微型调节机构和红外CCD的微型调节机构，在第一光轴参考基准线上且位于分束器的微型调节机构的上侧安装前置成像系统的微型调节机构，在第一光轴参考基准线上且位于分束器的微型调节机构的下侧安装平面反射镜的微型调节机构；

步骤三、在所述的第一光轴参考基准线和第二光轴参考基准线的两端分别安放四个激光器，调整第一激光器和第二激光器发出的光重合并位于第一光轴参考线的正上方与第一光轴参考线平行，调整第三激光器和第四激光器发出的光重合并位于第二光轴参考线的正上方与第二光轴参考线平行；

步骤四、将栅格型分束器放在分束器的微型调节机构上，所述栅格型分束器的摆放方式与第一光轴参考线成45°；然后在第四激光器的前面固定光阑，采用第二激光器和光阑对栅格型分束器进行的角度和位置进行调节，当第二激光器出射的光经栅格型分束器反射的后经过光阑的小孔中心，入射到第四激光器1的孔中，固定栅格型分束器；

步骤五、将多级阶梯微反射镜安装到多级阶梯微反射镜的微型调节机构上，将光阑移到第一激光器的前面，采用第一激光器及其前面的光阑对多级阶梯微反射镜进行调节，当多级阶梯微反射镜反射的光经由栅格型分束器通过光阑的小孔的时候，固定多级阶梯微反射镜；然后，将平面反射镜安装到平面反射镜的微型调节机构上，将光阑移动到第四激光器的前面，采用第四激光器以及其前面的光阑对平面反射镜进行调节，当平面反射镜反射的光通过光阑的小孔中心时，固定平面反射镜；

步骤六、将前置成像系统安装到前置成像系统的微型调节机构上，将光阑移动至第一激光器的前面，第一激光器及光阑对前置成像系统进行调节，当前置成像系统反射的光通过光阑的小孔中心时，固定前置成像系统；将后置成像缩束系统安装到后置成像系统的微型调节机构上，将光阑移动到第四激光器的前面，采用第四激光器以及光阑对后置成像缩束系统进行调节，当后置成像缩束系统反射的光通过光阑小孔中心时，固定后置成像缩束系统；

步骤七、将四个激光器和光阑去除，将红外CCD安装到红外CCD的微型调节机构上，调节红外CCD的位置，当在红外CCD上清晰的获得多级阶梯微反射镜和平面反射镜的像时固定红外CCD；设定一个靶面目标，微调前置成像系统，使靶面目标清晰的成像在CCD上；将成像光谱仪固定到转动平台上，使成像光谱仪对设定好的靶面目标进行扫描采样，并对获得的多帧图像进行处理，获得物体的图像和光谱图。

本发明的有益效果：

一、本发明所述的成像光谱仪属于空间调制傅里叶变换成像光谱仪，系统具有结构稳定，可靠性高的特点。与传统的空间调制傅里叶变换成像光谱仪相比，其内部不含有狭缝，因此具有光通量大，信噪比高的优点。其系统结构简单、重复性好、工作可靠。

二、本发明所述的新型时空联合调制的红外傅里叶变换成像光谱仪的制作方法，为了保证精度的要求，首先对制作好的基底进行抛光处理。采用四个激光光源，利用激光光源对准法来制作整个系统的第一光轴和第二光轴参考基准线。然后在第一光轴和第二光轴参考基准线上制作系统所需要的各个光学元件的定位基准，在定位基准上安装相应的微型调节机构。将系统的各个光学元件安装到微型调节机构上，并调整其角度和位置，使各光学元件的角度及位置能够更精确满足设计需要，从而保证了时空联合调制红外成像光谱仪的精度。本发明可用于中波红外工作的傅里叶变换成像光谱仪的制作。

三、本发明所述的成像光谱仪整个系统含有两个光轴，前置成像系统-栅格型分束器-多级阶梯微反射镜的光轴为第一光轴，平面镜-栅格型分束器-后置成像缩束系统的光轴为第二光轴。两个光轴相互垂直，并且在栅格型分束面的中心处相交。前置光学成像系统和后置光学成像系统均由透射球面镜组成，满足像质的情况下，为系统的设计，制作和装调带来了很大的便利。由于系统本身不含有狭缝，并且采用面阵CCD，因此该系统采用窗扫的扫描方式。该成像光谱仪可以作为星载和机载的成像载荷使用，整个系统为一个二次成像系统。由于本成像光谱仪工作在中波红外波段，不透可见光，给系统的加工和调试带来一定的困难。因此在本系统调试的过程中，采用可见与红外相结合，粗调与精细调节相适应的调节方式。

附图说明

图1为本发明所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的系统结构图；

图2为本发明所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪在一个窗扫模式下在CCD上的成像过程；

图3中图3a为本发明所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪中栅格型分束器的正视图，图3b为栅格型分束器的剖视图；

图4为本发明所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法中基底的基准线的制作图；

图5中图5a为本发明所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法中栅格型分束器的安装调试示意图，图5b为多级阶梯微反射镜和平面镜的安装调试示意图，图5c为前置成像系统和后置成像缩束系统的安装调试示意图；

图6为本发明所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法的整机系统的安装调试图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图2说明本实施方式，基于轻型分束器的红外成像光谱仪，由前置成像系统1，干涉系统2和后置成像缩束系统3和红外CCD4组成，所述干涉系统2包括栅格型分束器6、多级阶梯微反射镜7和平面反射镜5；在某一时刻地面目标物体发出的光经前置成像系统成像后经由栅格型分束器6分成强度相同的两束相干光，一束光经由分束器反射后成像在平面镜5上，另一束光束经由栅格型分束器6透射之后成像在多级阶梯微反射镜7上。其中多级阶梯微反射镜7的不同的反射面对应着地面物体一定的视场角范围内所成的像，成像在多级阶梯微反射镜7的某一反射面上的像和成像在对应的平面镜的相应区域的像由于具有固定的阶梯高度会产生固定的位相差。两个一次像点作为两个相干的物源发出的光经后置成像缩束系统成像之后就可以获得目标物体的图像信息和干涉强度信息。经过一个窗扫模式之后，对获得的多帧图像进行剪切和拼接之后就可以获得地面某一点物体的干涉图，然后对干涉图做傅里叶变换，就可以获得此物点的光谱图。

本实施方式中设定多级阶梯微反射镜的阶梯高度为d，在第n个阶梯反射面所对应的视场角范围内，目标物体在第n个阶梯微反射面所成的像与目标物体在第n个阶梯反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差为：δ＝2nd；

设定多级阶梯微反射镜的反射面宽度为a，红外成像光谱仪的飞行高度为H，前置成像系统1的焦距为f'，则相邻像点间的距离为a，获得相邻目标物体点间的距离为：Δh＝Ha/f'；

设定多级阶梯微反射镜7的对角线长度为h，前置成像系统1的视场角为： $2w=2\arctan \left(\frac{h}{2f^{\′}}\right).$

结合图2说明本实施方式，图2为一个窗扫模式下本系统CCD上的成像过程，图中，☆代表的是物体在CCD上所成的像。在不同时刻取的是CCD的同一列，可以看出当物体刚进入一个扫描窗的时候，其经过成像光谱仪成像在CCD的一列的右边缘，然后经过一个窗扫模式之后其成像CCD同一列的左边缘。在多级阶梯微反射镜7的反射面数为32的情况下，可以在后置红外CCD焦平面上获得关于目标物体的32幅图像。将这32幅图像进行剪切和拼接之后，就可以得到这目标物体的干涉图，然后对其进行傅里叶变换就可以获得这一物体的光谱信息。

本实施方式中所述的前置成像系统1和后置缩束成像系统3均由透射球面镜组成，在满足像质的前提下，为系统的设计、加工和装调带来了很大的便利。采用一个多级阶梯微反射镜7来代替传统的时间调制型傅里叶变换成像光谱仪中的动镜，使整个系统实现了静态化。结合图3，为栅格型分束器结构，图3a是栅格型分束器的正视图，图3b是栅格型分束器的剖视图，栅格分束器是将分光基膜6-2支撑在一个具有网格结构的栅格支撑体6-3上，然后将分光膜6-1镀在分光基膜6-2上。该栅格型分束器利用栅格结构对分光膜系进行支撑，取消了补偿板，具有体积小、重量轻的优点，并且能有效的减少系统由于分束器和补偿板所引入的色散现象和光能损失，有效的提高了系统的信噪比。因栅格型分束器6采用薄膜结构，在实现系统轻量化的同时，也避免了离轴相差，为整体光学系统的设计带来了方便，并可以消除传统的分束器和补偿板色散效应以及光能损耗。本发明所述的成像光谱仪系统本身不含有狭缝，采用窗扫的扫描方式，可以作为星载和机载的成像载荷使用。

本实施方式所述的成像光谱仪系统作为红外系统，所述的栅格型分束器6由MOEMS工艺制作，一面蒸镀有红外半反半透膜，以实现反射及透射各约50%的效果；在栅格分束器的另一表面蒸镀有红外光学增透膜，以提高能量效率。栅格型分束器6的栅格单元尺寸与多级阶梯微反射镜7阶梯宽度尺寸相匹配，所述多级阶梯微反射镜7的宽度要考虑衍射效应对干涉图及成像的影响。所述的多级阶梯微反射镜7的单个阶梯高度范围在1nm-50μm之间，采用MOEMS技术或光学加工方法制作，所述多级阶梯微反射镜7的阶梯高度误差小于阶梯高度的5%。采用MOEMS技术制作多级阶梯微反射镜7时，为保证阶梯高度的均匀性，需采用旋转蒸镀法，用光控法控制阶梯高度。在多级阶梯微反射镜7表面采用射频溅射或电子束蒸发技术制备红外高反膜和保护膜，所述多级阶梯微反射镜7阶梯高度、宽度和阶梯数决定成像光谱仪光谱分辨率及成像质量。

具体实施方式二、结合图4至图6说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法，该方法由以下步骤实现：

a、制作成像光谱仪的基底，选取铝、铜、钛、不锈钢或硅作为基底材料，用基底材料按照设计的尺寸要求制作系统的基底，并对上表面进行抛光处理；抛光面粗糙度小于等于10微米，平面度小于等于50微米。

b、在抛光后的基底上用精密机械加工方法或基于MOEMS技术的光刻与腐蚀方法制作相互垂直的参考线作为第一光轴和第二光轴参考基准线。根据分析计算，在基底上制作定位基准，并安装光学元件的微型调节机构；

具体结合图4说明，在基底上制作第一光轴参考基准线12和第二光轴参考基准线13，根据计算结果在第一光轴参考基准线12与第二光轴参考基准线13的垂直中心安装栅格型分束器的微型调节机构15，在第二光轴参考基准线13上且位于分束器的微型调节机构15左侧安装多级阶梯微反射镜的的微型调节机构16，在第二光轴参考基准线13上且位于分束器的微型调节机构15右侧依次安装后置成像系统的微型调节机构18和红外CCD的微型调节机构19，在第一光轴参考基准线12上且位于分束器的微型调节机构15的上侧安装前置成像系统的微型调节机构14，在一光轴参考基准线12上且位于分束器的微型调节机构15的下侧安装平面反射镜的微型调节机构17；

在基底之外，第一光轴参考基准线12和第二光轴参考基准线13的两端分别安放四个激光器，调节第一激光器8和第二激光器9的角度和位置，使第一激光器8和第二激光器9发出的光与第一光轴参考线重合，并且能够入射到对方激光器的孔中。同理调节第三激光器10和第四激光器11的角度和位置。然后升高四个激光器至相同的高度，该高度应为系统的光学元件的中心高度，即整个光路的高度。四个激光器作为系统光学元件精细调节的标准。

c、结合图5a，将栅格型分束器6固定在分束器的微型调节机构15上，所述栅格型分束器6的摆放方式应该与第一光轴参考线12成45°。然后在第四激光器11的前面固定一个光阑20，利用第二激光器9光阑20对栅格型分束器进行的角度和位置进行调节。当第二激光器9经栅格型分束器6反射的光经过光阑20的小孔中心，固定栅格型分束器6；

d、结合图5b，将多级阶梯微反射镜7安装到多级阶梯微反射镜的微型调节机构16上，将光阑20移到第一激光器8的前面，采用第一激光器8及其前面的光阑20对多级阶梯微反射镜7进行调节，当多级阶梯微反射镜反射回来的光经由栅格型分束器6反射，刚好通过光阑20的小孔的时候，固定多级阶梯微反射镜7。然后，将平面反射镜5安装到平面反射镜的微型调节机构17上，将光阑20移动到第四激光器11的前面。采用第四激光器11以及其前面的光阑20对平面反射镜5进行调节。当平面反射镜5反射的光通过光阑20的小孔中心时，固定平面反射镜5；

e、结合图5c，将前置成像系统1安装到前置成像系统的微型调节机构14上，将光阑20移动至第一激光器8的前面。第一激光器8及光阑20对前置成像系统1进行调节，当前置成像系统反射的光通过光阑20的小孔中心时，固定前置成像系统1，并固定前置成像系统。将后置成像缩束系统安装到后置成像系统的微型调节机构18上。将光阑20移动到第四激光器11的前面，采用第四激光器11以及光阑20对后置成像缩束系统3进行调节，当后置成像缩束系统3反射的光通过光阑20小孔中心时，固定后置成像缩束系统3。

f、图6是本成像光谱仪整机系统的安装调试图，将四个激光器和光阑20去除，然后将红外CCD4安装到红外CCD的微型调节机构19上，调节红外CCD4的位置，当在红外CCD上清晰的获得多级阶梯微反射镜7和平面反射镜5的像时固定红外CCD4。然后，设定一个靶面目标21，微调前置成像系统1，使靶面目标清晰的成像在CCD上。最后，将成像光谱仪固定到转动平台上，使成像光谱仪对设定好的靶面目标21进行扫描采样，并对获得的多帧图像进行处理，获得物体的图像和光谱图。

本实施方式所述的前置成像系统1和后置成像缩束系统3均为球面透射结构，采用硅和锗制作，为了增加系统的透过率，各个光学元件表面均镀红外增透膜。栅格型分束器6作为成像光谱仪的核心器件，采用栅格支撑结构，将红外分光膜系支撑在栅格支撑体上，取消了系统的补偿板，从而实现系统的轻量化。平面镜采用硅片制作，并且在表面镀红外高反膜，多级阶梯微反射镜采用多次光刻镀膜的方法制作，并且在其表面镀红外高反膜。按着机械设计的要求，各个光学元件的夹具和固定装置采用硬铝或者不锈钢制作，并且在表面和内壁进行涂黑处理。所述的各个器件的调节过程均采用六维的微型调节机构，该机构实现在XYZ三个方向平移及俯仰旋转横滚分量的微调节，保证器件工作在设计计算得出的理想位置和角度下

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.基于轻型分束器的红外成像光谱仪，包括前置成像系统（1）、干涉系统（2）、后置成像缩束系统（3）和红外CCD（4），其特征是，所述干涉系统（2）包括栅格型分束器5、多级阶梯微反射镜（7）和平面反射镜6；目标光束经前置光学成像系统（1）入射至栅格型分束器（6）分成两束光，一束光经栅格型分束器5反射至平面反射镜6上成像为第一像点，另一束光经栅格型分束器5透射至多级阶梯微反射镜（7）某个阶梯面成像为第二像点；

所述第一像点和第二像点发出的光分别经栅格型分束器5透射和反射后入射至后置成像缩束系统（3）成像，所述红外CCD（4）接收成像信息；

所述设定多级阶梯微反射镜的阶梯高度为d，在第n个阶梯反射面所对应的视场角范围内，目标物体在第n个阶梯微反射面所成的像与目标物体在第n个阶梯反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差为：δ＝2nd；

设定多级阶梯微反射镜的反射面宽度为a，红外成像光谱仪的飞行高度为H，前置成像系统（1）的焦距为f'，则相邻像点间的距离为a，获得相邻目标物体点间的距离为：Δh＝Ha/f'；

设定多级阶梯微反射镜（7）的对角线长度为h，前置成像系统（1）的视场角为： $2w=2\arctan \left(\frac{h}{2f^{\′}}\right).$

2.根据权利要求1所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪，其特征在于，所述栅格型分束器（6）采用MOEMS技术，栅格分束器是将分光基膜（6-2）支撑在具有网格结构的栅格支撑体（6-3）上，然后将分光膜（6-1）镀在分光基膜（6-2）上；所述栅格型分束器（6）采用栅格结构对分光膜系进行支撑。

3.根据权利要求1所述的所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪，其特征在于，所述多级阶梯微反射镜（7）采用在基底上进行多次光刻镀膜的方法制作，并且在所述多级阶梯微反射镜（7）的表面镀红外高反膜；所述多级阶梯微反射镜（7）的单个阶梯高度范围在1nm-50μm之间，所述多级阶梯微反射镜（7）的阶梯高度误差小于阶梯高度的5%。

4.根据权利要求1所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：

步骤一、制作成像光谱仪的基底，选取铝、铜、钛、不锈钢或硅作为基底材料，并对基底的表面进行抛光处理；抛光面粗糙度小于等于10微米，平面度小于等于50微米；

步骤二、在抛光后的基底上用精密机械加工方法或基于MOEMS技术的光刻与腐蚀方法制作相互垂直的参考线作为第一光轴和第二光轴参考基准线。根据分析计算，在基底上制作光学元件的微型调节机构；

具体过程为：

在基底上制作第一光轴参考基准线（12）和第二光轴参考基准线（13），根据计算结果在第一光轴参考基准线（12）与第二光轴参考基准线（13）的垂直中心安装栅格型分束器的微型调节机构（15），在第二光轴参考基准线（13）上且位于分束器的微型调节机构（15）左侧安装多级阶梯微反射镜的微型调节机构（16），在第二光轴参考基准线（13）上且位于分束器的微型调节机构（15）右侧依次安装后置成像系统的微型调节机构（18）和红外CCD的微型调节机构（19），在第一光轴参考基准线（12）上且位于分束器的微型调节机构（15）的上侧安装前置成像系统的微型调节机构（14），在第一光轴参考基准线（12）上且位于分束器的微型调节机构（15）的下侧安装平面反射镜的微型调节机构（17）；

步骤三、在所述的第一光轴参考基准线（12）和第二光轴参考基准线（13）的两端分别安放四个激光器，调整第一激光器（8）和第二激光器（9）发出的光重合并位于第一光轴参考线（12）的正上方与第一光轴参考线（12）平行，调整第三激光器（8）和第四激光器（9）发出的光重合并位于第二光轴参考线（13）的正上方与第二光轴参考线（13）平行；

步骤四、将栅格型分束器（6）放在分束器的微型调节机构（15）上，所述栅格型分束器（6）的摆放方式与第一光轴参考线（12）成45°；然后在第四激光器（11）的前面固定光阑（20），采用第二激光器（9）和光阑（20）对栅格型分束器进行的角度和位置进行调节，当第二激光器（9）出射的光经栅格型分束器（6）反射的后经过光阑（20）的小孔中心，入射到第四激光器（11）的孔中，固定栅格型分束器（6）；

步骤五、将多级阶梯微反射镜（7）安装到多级阶梯微反射镜的微型调节机构（16）上，将光阑（20）移到第一激光器（8）的前面，采用第一激光器（8）及其前面的光阑（20）对多级阶梯微反射镜（7）进行调节，当多级阶梯微反射镜（7）反射的光经由栅格型分束器（6）通过光阑（20）的小孔的时候，固定多级阶梯微反射镜（7）；然后，将平面反射镜（5）安装到平面反射镜的微型调节机构（17）上，将光阑（20）移动到第四激光器（11）的前面，采用第四激光器（11）以及其前面的光阑（20）对平面反射镜（5）进行调节，当平面反射镜（5）反射的光通过光阑（20）的小孔中心时，固定平面反射镜（5）；

步骤六、将前置成像系统（1）安装到前置成像系统的微型调节机构（14）上，将光阑（20）移动至第一激光器（8）的前面，第一激光器（8）及光阑（20）对前置成像系统（1）进行调节，当前置成像系统反射的光通过光阑（20的小孔中心时，固定前置成像系统（1）；将后置成像缩束系统（3）安装到后置成像系统的微型调节机构（18）上，将光阑（20）移动到第四激光器（11）的前面，采用第四激光器（11以及光阑（20）对后置成像缩束系统（3）进行调节，当后置成像缩束系统（3）反射的光通过光阑（20）小孔中心时，固定后置成像缩束系统（3）；

步骤七、将四个激光器和光阑（20）去除，将红外CCD（4）安装到红外CCD的微型调节机构（19）上，调节红外CCD（4）的位置，当在红外CCD上清晰的获得多级阶梯微反射镜（7）和平面反射镜（5）的像时固定红外CCD（4）；设定一个靶面目标（21），微调前置成像系统（1），使靶面目标清晰的成像在CCD（4）上；将成像光谱仪固定到转动平台上，使成像光谱仪对设定好的靶面目标（21）进行扫描采样，并对获得的多帧图像进行处理，获得物体的图像和光谱图。

5.根据权利要求4所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法，其特征在于，所述栅格型分束器（6）采用红外材料ZnSe或者KBr制作，并且在分束面上镀有红外半反半透膜；平面反射镜（5）采用硅片制作，并且在表面镀红外高反膜；所述多级阶梯微反射镜（7）采用多次光刻镀膜的方法制作，并且在表面镀红外高反膜。

6.根据权利要求4或5所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法，其特征在于，所述栅格型分束器（6）采用MOEMS技术，将分光基膜（6-2）支撑在一个具有网格结构的栅格支撑体（6-3）上，然后将分光膜（6-1）镀在分光基膜（6-2）上；该红外分束器利用栅格结构对分光膜系进行支撑。

7.根据权利要求4所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法，其特征在于，所述前置成像系统（1）和后置成像缩束系统（3）为透射式球面结构，材料为硅和锗，所述前置成像系统（1）和后置成像缩束系统（2）中的光学元件表面均镀红外增透膜。

8.根据权利要求4所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法，其特征在于，所述的多级阶梯微反射镜（7）的单个阶梯高度范围在1nm-50μm之间，所述多级阶梯微反射镜（7）的阶梯高度误差小于阶梯高度的5%。

9.根据权利要求4所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法，其特征在于，所述设定多级阶梯微反射镜的阶梯高度为d，在第n个阶梯反射面所对应的视场角范围内，目标物体在第n个阶梯微反射面所成的像与目标物体在第n个阶梯反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差为：δ＝2nd；

设定多级阶梯微反射镜的反射面宽度为a，红外成像光谱仪的飞行高度为H，前置成像系统（1）的焦距为f'，则相邻像点间的距离为a，获得相邻目标物体点间的距离为：Δh＝Ha/f'；

设定多级阶梯微反射镜（7）的对角线长度为h，前置成像系统（1）的视场角为： $2w=2\arctan \left(\frac{h}{2f^{\′}}\right).$

10.根据权利要求4所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法，其特征在于，所述的微型调节机构采用六维的微型调节机构，并对微型调节机构表面和内壁进行涂黑处理；该机构实现在XYZ三个方向平移及俯仰旋转横滚分量的微调节。