CN104006885B - 时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪及制作方法 - Google Patents
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Abstract
时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪及制作方法,涉及对地观测成像光谱仪领域,解决现有成像光谱仪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且实时性差的问题,包括前置光学成像系统、干涉系统、后置成像缩束系统和焦平面探测器,干涉系统包括平面反射镜、立方体分束器和多级阶梯微反射镜;目标光束经前置光学成像系统入射至立方体分束器分成两束光,一束光经立方体分束器反射至平面反射镜上成像为第一像点,另一束光经立方体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;第一像点和第二像点发出的光分别经立方体分束器透射和反射后入射至后置成像缩束系统成像,焦平面探测器接收成像信息;本发明大大提高了系统的光通量。
Description
技术领域
本发明涉及对地遥感观测领域,具体涉及一种时空联合调制的红外成像光谱仪的制作方法及系统。
背景技术
成像光谱仪是进行地面遥感探测的重要工具,它融合了光谱仪和多光谱成像仪的优点,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,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、空间调制型以及时空联合调制型。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。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。但空间调制傅里叶变成像光谱仪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。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
本发明目的在于克服上述现有技术存在的问题,提供一种结构简单、重复性好、工作可靠的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪及制作方法。
时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪,包括前置成像系统、干涉系统、后置成像系统和焦平面探测器,所述干涉系统包括平面反射镜、立方体分束器和多级阶梯微反射镜;目标光束经前置成像系统入射至立方体分束器分成两束光,一束光经立方体分束器反射至平面反射镜上成像为第一像点,另一束光经立方体分束器透射至多级阶梯微反射镜某个阶梯微反射面成像为第二像点;
所述第一像点和第二像点发出的光分别经立方体分束器透射和反射后入射至后置成像系统成像,所述焦平面探测器接收成像信息;
所述设定多级阶梯微反射镜的阶梯高度为d,在第n个阶梯微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个阶梯微反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差,用公式一表示为:
公式一、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用公式二表示为:
公式二、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用公式三表示为:
时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的制作方法,该方法由以下步骤实现:
步骤一、选择基底,并对基底的表面进行抛光处理,获得抛光处理后的基底;根据分析计算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参考基准线和第二光轴参考基准线;
步骤二、在所述的第一光轴参考基准线和第二光轴参考基准线的垂直中心制作立方体分束器的定位基准,并安装微型调节机构,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焦平面探测器的微型调节机构,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、在基底之外,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与第一光轴参考基准线重合,调整第三激光器和第四激光器发出的光与第二光轴参考基准线重合;
步骤四、在基底上第一光轴参考基准线和第二光轴参考基准线的交汇处制作红外分束器的微型调节机构;将立方体分束器安装到红外分束器的微型调节机构上,然后在第四激光器的前面固定光阑,利用第四激光器和光阑调节立方体分束器的位置和角度,固定红外立方体分束器;
步骤五、将多级阶梯微反射镜安装到多级阶梯微反射镜的固定机构上。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通过光阑的小孔时,固定多级阶梯微反射镜;将平面反射镜放置在平面反射镜固定机构上,将光阑移至第四激光光源的前面固定,调节平面反射镜及光阑的位置,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、将前置成像系统放到前置成像系统的固定机构上;将光阑移至第一激光器前面,并对前置成像系统进行调节;将后置成像系统放到后置成像系统的固定机构上,采用第二激光光源及光阑对后置成像系统进行调节;
步骤七、去除四个激光器及光阑,然后将焦平面探测器安放到基底上焦平面探测器的固定机构上,调节焦平面探测器的位置,当在焦平面探测器上清晰的获得多级阶梯微反射镜和平面反射镜的像时,固定焦平面探测器;
步骤八、将四个激光器和光阑去除,将焦平面探测器安装到焦平面探测器的固定机构上;调节焦平面探测器的位置,当在焦平面探测器上清晰地获得多级阶梯微反射镜和平面反射镜的像时固定焦平面探测器。
本发明的有益效果:本发明所述的光谱仪系统基于迈克尔逊干涉仪结构,采用立方体式分束器,其所不同的是用一个多级阶梯微反射镜来代替迈克尔逊干涉系统中的动镜,以此来实现系统的静态化,大大提高系统的可靠性,并且系统中不含有狭缝,与传统的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,在高的光谱分辨率下可以大大的提高系统的信噪比,解决了在高的光谱分辨率下系统信噪比低的难题。
所述的成像光谱仪整个系统含有两个光轴,前置成像系统-分束器-多级微反射镜的光轴为第一光轴,平面镜-分束器-后置成像系统的光轴为第二光轴。两个光轴相互垂直,并且在分束器的分束面的中心处相交。所述的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。
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微型调节机构。将系统的各个光学元件安装到基底的相应的微型调节机构上,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及相关仪器的制作。
附图说明
图1为本发明所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的系统结构图;
图2为本发明所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪在一个窗扫模式下在CCD上的成像过程示意图;
图3为本发明所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的制作方法中在基底的基准线的制作图;
图4中图4a为本发明所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的制作方法中分束器的安装调试示意图,图4b为多级微反射镜和平面镜的安装调试示意图,图4c为前置成像系统的安装调试示意图。
图5为本发明所述的时空联合调制傅里叶变换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和图2说明本实施方式,该系统结构由前置成像系统1、干涉系统2、后置成像系统3和焦平面探测器4组成,所述干涉系统2包括平面反射镜5、立方体分束器6和多级阶梯微反射镜7;本实施方式中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;地面目标某一点发出的光经前置成像系统1成像后经由立方体分束器6分成强度相同的两束相干光,一束光经由立方体分束器6反射后成像在平面反射镜5上,另一束光束经由立方体分束器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反射镜5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系统3成像之后就可以获得一幅经干涉图调制后的物体的图像。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。
由于本成像光谱仪工作在中波红外波段,不透可见光,因此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。
结合图2说明本实施方式,图2为经一个窗扫模式下本系统在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。在多级微反射镜的反射面数为32的情况下,可以在后置CCD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目标的光谱信息。
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,用公式一表示为:
公式一、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用公式二表示为:
公式二、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)的视场角用公式三表示为:
本实施方式所述的光谱仪系统作为红外系统,所述的立方体分束器6的材料采用ZnSe或溴化钾,由两块红外直角三棱镜拼接而成,在拼接面蒸镀有光学薄膜,以实现反射及透射各约50%的效果;ZnSe基材由拉制或生长的方法制作,再通过光学粗加工及磨抛,达到所需直角三棱镜形状和参数指标。在ZnSe块表面蒸镀有红外光学增透膜,以提高能量效率。ZnSe分束器的尺寸与多级阶梯微反射镜尺寸相匹配,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时,为保证阶梯高度的均匀性,需采用旋转蒸镀法,利用光控法来准确控制阶梯高度。在多级阶梯微反射镜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3至图5说明本实施方式,本实施方式为具体实施方式一所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的制作方法,该方法由以下步骤实现:
a、选择基底,并在基底上制作基准线;
具体过程为:选取铝、铜、钛、不锈钢或硅作为基底材料,将基底材料按着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10微米,平面度小于等于50微米。如图3所示,根据分析计算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。
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的垂直中心制作立方体分束器的定位基准,并安装微型调节机构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;
b、在基底之外,两条光轴参考线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。四个激光器作为系统光学元件精细调节的标准。
c、结合图4a说明,图4为本成像光谱仪红外分束器的安装调节过程。在基底上第一光轴参考基准线12和第二光轴参考基准线13的交汇处制作红外分束器的定位基准,并安装微型调节机构15。将立方体分束器6安装到红外分束器的固定机构15上,然后在第四激光器11的前面固定光阑20,利用第四激光器11和光阑20调节立方体分束器6的位置和角度,固定红外立方体分束器6。
d、图4b为多级微反射镜和平面镜的安装调节过程。将多级微反射镜7安装到多级阶梯微反射镜的固定机构16上。利用第一激光光源8及其前面的光阑20对多级微反射镜7进行调节,固定多级微反射镜7。将平面反射镜5安装在平面反射镜的固定机构17上,利用第四激光器11以及光阑20对平面反射镜5进行调节,当平面反射镜5反射回来的光通过光阑20的小孔中心的时候,固定平面反射镜5。
e、结合图4c,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放在第一激光光源8前面,对前置成像系统1进行调节。然后,将后置成像系统3安装到后置成像系统的固定机构18上,将光阑20移到第二激光器9的前面,对后置成像系统3进行调节。
f、将四个激光器和光阑20去除,结合图5,将红外CCD 4安装到到CCD的固定机构19上。调节红外CCD4的位置,当在红外CCD上4清晰地获得多级阶梯微反射镜和平面镜的像时固定红外CCD。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21清晰的成像在红外探测器上。
g、将成像光谱仪装在转动平台上,对设定好的靶面目标进行扫描采样,然后对获得的多帧图像进行处理,获得物体的图像和光谱图。
本实施方式中采用光学加工技术加工并装配前置光学成像系统1和后置成像系统3。前置成像系统1和后置成像系统3均为球面透射结构,采用硅、锗或ZnSe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。
本实施方式在步骤一之前,还包括制作立方体分束器6、多级阶梯微反射镜7、平面反射镜5以及制作与装配前置光学成像系统和后置成像系统,所述立方体分束器的材料采用ZnSe或者KBr制作。通过拉制或生长的方法制作分束器基材,通过光学粗加工及磨抛,制作两块红外直角三棱镜,在其中一块的斜面蒸镀红外半反半透膜,以实现反射及透射各约50%的效果;将两块红外直角三棱镜拼接成立方体分束器;在四个通光表面蒸镀红外光学增透膜,以提高能量效率。红外分束器的尺寸与多级阶梯微反射镜尺寸相匹配。
本实施方式中采用MOEMS技术制作多级阶梯微反射镜7。多级微反射镜采用多次光刻镀膜的方法制作,为保证阶梯高度的均匀性,需采用旋转蒸镀法,利用光控法控制阶梯高度。多级阶梯微反射镜的宽度要考虑衍射效应对干涉图及成像的影响。多级阶梯微反射镜的单个阶梯高度范围在1nm-50μm之间,阶梯高度误差小于阶梯高度的5%。在多级阶梯微反射镜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。采用硅片制作平面反射镜5,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,采用硬铝或者不锈钢制作各个光学元件的微型调节机构,并且在表面和内壁进行涂黑处理。
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 (9)
1.时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪,包括前置成像系统(1)、干涉系统(2)、后置成像系统(3)和焦平面探测器(4),其特征是,所述干涉系统(2)包括平面反射镜(5)、立方体分束器(6)和多级阶梯微反射镜(7);目标光束经前置成像系统(1)入射至立方体分束器(6)分成两束光,一束光经立方体分束器(6)反射至平面反射镜(5)上成像为第一像点,另一束光经立方体分束器(6)透射至多级阶梯微反射镜(7)某个阶梯微反射面成像为第二像点;
所述第一像点和第二像点发出的光分别经立方体分束器(6)透射和反射后入射至后置成像系统(3)成像,所述焦平面探测器(4)接收成像信息;
设定所述多级阶梯微反射镜的阶梯高度为d,在第n个阶梯微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个阶梯微反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差,用公式一表示为:
公式一、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用公式二表示为:
公式二、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)的视场角用公式三表示为:
时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的制作方法,该方法由以下步骤实现:
步骤一、选择基底,并对基底的表面进行抛光处理,获得抛光处理后的基底;根据分析计算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参考基准线(12)和第二光轴参考基准线(13);
步骤二、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)的垂直中心制作立方体分束器的定位基准,并安装微型调节机构(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)和焦平面探测器的微型调节机构(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、在基底之外,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)发出的光与第一光轴参考基准线(12)重合,调整第三激光器(10)和第四激光器(11)发出的光与第二光轴参考基准线(13)重合;
步骤四、在基底上第一光轴参考基准线(12)和第二光轴参考基准线(13)的交汇处制作红外分束器的微型调节机构(15);将立方体分束器(6)安装到红外分束器的微型调节机构(15)上,然后在第四激光器(11)的前面固定光阑(20),利用第四激光器(11)和光阑(20)调节立方体分束器(6)的位置和角度,固定红外立方体分束器(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固定机构(16)上;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)反射的光通过光阑(20)的小孔时,固定多级阶梯微反射镜(7);将平面反射镜(5)放置在平面反射镜固定机构(17)上,将光阑(20)移至第四激光器(11)的前面固定,调节平面反射镜(5)及光阑(20)的位置,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)放到前置成像系统的固定机构(14)上;将光阑(20)移至第一激光器(8)前面,并对前置成像系统(1)进行调节;将后置成像系统(3)放到后置成像系统的固定机构(18)上,采用第二激光器(9)及光阑(20)对后置成像系统(3)进行调节;
步骤七、去除四个激光器及光阑(20),然后将焦平面探测器(4)安放到基底上焦平面探测器的固定机构(19)上,调节焦平面探测器(4)的位置,当在焦平面探测器(4)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,固定焦平面探测器(4);
步骤八、将四个激光器和光阑(20)去除,将焦平面探测器(4)安装到焦平面探测器的固定机构(19)上;调节焦平面探测器的位置,当在焦平面探测器(4)上清晰地获得多级阶梯微反射镜和平面反射镜(5)的像时固定焦平面探测器。
2.根据权利要求1所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪,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,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%。
3.根据权利要求1或2所述的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪,其特征在于,其特征在于,所述焦平面探测器(4)对接收的成像信息经一个窗扫模式采集后,对采集的多帧图像进行剪切和拼接,获得目标物体的干涉图,对干涉图进行傅里叶变换,获得目标的光谱图。
4.根据权利要求1所述的时空联合调制傅里叶变换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、选择基底,并对基底的表面进行抛光处理,获得抛光处理后的基底;根据分析计算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参考基准线(12)和第二光轴参考基准线(13);
步骤二、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)的垂直中心制作立方体分束器的定位基准,并安装微型调节机构(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)和焦平面探测器的微型调节机构(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、在基底之外,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)发出的光与第一光轴参考基准线(12)重合,调整第三激光器(10)和第四激光器(11)发出的光与第二光轴参考基准线(13)重合;
步骤四、在基底上第一光轴参考基准线(12)和第二光轴参考基准线(13)的交汇处制作红外分束器的微型调节机构(15);将立方体分束器(6)安装到红外分束器的微型调节机构(15)上,然后在第四激光器(11)的前面固定光阑(20),利用第四激光器(11)和光阑(20)调节立方体分束器(6)的位置和角度,固定红外立方体分束器(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固定机构(16)上;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)反射的光通过光阑(20)的小孔时,固定多级阶梯微反射镜(7);将平面反射镜(5)放置在平面反射镜固定机构(17)上,将光阑(20)移至第四激光器(11)的前面固定,调节平面反射镜(5)及光阑(20)的位置,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)放到前置成像系统的固定机构(14)上;将光阑(20)移至第一激光器(8)前面,并对前置成像系统(1)进行调节;将后置成像系统(3)放到后置成像系统的固定机构(18)上,采用第二激光器(9)及光阑(20)对后置成像系统(3)进行调节;
步骤七、去除四个激光器及光阑(20),然后将焦平面探测器(4)安放到基底上焦平面探测器的固定机构(19)上,调节焦平面探测器(4)的位置,当在焦平面探测器(4)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,固定焦平面探测器(4);
步骤八、将四个激光器和光阑(20)去除,将焦平面探测器(4)安装到焦平面探测器的固定机构(19)上;调节焦平面探测器的位置,当在焦平面探测器(4)上清晰地获得多级阶梯微反射镜和平面反射镜(5)的像时固定焦平面探测器。
5.根据权利要求4所述的时空联合调制傅里叶变换红外成像光谱仪的制作方法,其特征在于,所述立方体分束器(6)采用红外材料ZnSe或者KBr制作,由两块直角三棱镜拼接而成,并在拼接面蒸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。
6.根据权利要求4或5所述的时空联合调制傅里叶变换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,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%。
7.根据权利要求4所述的时空联合调制傅里叶变换红外成像光谱仪的制作方法,其特征在于,采用光学加工技术加工并装配前置成像系统(1)和后置成像系统(3);所述前置成像系统(1)和后置成像系统(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所述的时空联合调制傅里叶变换红外成像光谱仪的制作方法,其特征在于,设定所述多级阶梯微反射镜的阶梯高度为d,在第n个阶梯微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个阶梯微反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差,用公式一表示为:
公式一、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用公式二表示为:
公式二、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)的视场角用公式三表示为:
9.根据权利要求4所述的时空联合调制傅里叶变换红外成像光谱仪的制作方法,其特征在于,所述微型调节机构为六维的微型调节结构,该结构实现XYZ三个方向平移及俯仰旋转横滚三个角度分量的微调节。
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