第36卷，第5期 2016年5月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36, No. 5, pp1554-1559
May,2016
基于多级微镜的傅里叶变换成像光谱仪涉成像系统分析与设计
吕金光1，梁静秋1，梁中翥1，田超1.2，秦余欣
1.申国科学院长春光学精密机械与物理研究所，应用光学国家重点实验室，吉林长春
130033
2.中国科学院大学，北京100049
摘要为了实现傅里叶变换成像光谱仪的静态化与高通量，提出一种基于多级微镜的时空混合调制成像制系统光通量的狭缝，可同时获得目标的干涉图与二维空间图像。该成像光谱仪利用前置成像系统将目标成像到干涉系统的平面镜与多级微镜上，利用多级微镜的结构特点对两成像光束的光程差进行调制，然后通过后置成像系统获得不同干涉级次的目标图像。首先通过对该成像光谱仪干涉系统光谱信噪比的分析，明确了光谱信噪比与图像信噪比之间的关系，确定了多级微镜的特征参数，为了确保每个阶梯面所对应光程差的恒定性，通过对前置成像系统成像过程的分析，确定了前置成像系统像方远心的光路结构；通过对系统视场角与光程差之间关系的分析和计算，确定了前置成像系统的设计指标并完成了光学设计。为广保证后置成像系统不引人额外的光程差，通过对后置成像系统成像特点的分析，确定了后置成像系统双远心的光路结构；通过对系统人射孔径角与阶梯级数之间关系的分析和计算，最终设计出满足系统性能需求的后量成像系统。通过对各单元系统的理论分析与光学设计，为静态化与高通量成像光谱仪的发展提供了一科新的思路。
关键词成像光谱仪；时空混合调制；傅里叶变换；干涉成像；光谱信噪比
中图分类号：TH744.1
引言
文献标识码：A
D0I: 10. 3964/j.issn. 10000593(2016)05-1554-06
研究。空间调制成像光谱仪中目标的狭缝像在与狭缝像垂直的方向上展开为各个干涉级次的干涉图，从而每一行与狭缝垂直方向的像素就可以获得狭缝上每一点的光谱信息，空间
成像光谱技术作为成像技术与光谱技术的错合，既可以获取目标的图像信息，又可从获得的光谱图像数据中得出物质的光谱特征，进而揭示目标的光谱特性、存在状况以及物质成份，因而在气象、资源、环境、生态等领域得到了广泛的应用1)。傅里叶变换成像光谱仪是一种新型的基于干涉调制原理的成像光谱仪，按照其干涉图调制方式的不同，可以分为时间调制型、空间调制型和时空混合调制型，国内外对于时间调制傅里叶变换成像光谱仪的研究开展的最早，其主要通过动镜扫描对图像的不同干涉级次进行时间调制，经过一个扫描周期之后，每一个像素就可以获得一个完整的光谱。时间调制成像光谱仪由于需要一套高精度的动镜驱动系统，对机械扫描精度要求也高，降低了仪器的稳定性和可靠性，进而人们使开始开展空间调制傅里叶变换成像光谱仪的
收稿日期：2014-08-17，修订日期：2014-12-29
调制成像光谱仪由于需要一个约束目标空间分辨率的狭缝，限制了系统的光通量，降低了系统的信噪比，因此时空混合调制傅里叶变换成像光谱仪目前正成为国内外研究的热点2-。时空混合调制成像光谱仪在探测器平面上获得的是受到干涉光强信号调制的目标的二维全景图像，由于取消了时间调制成像光谱仪中的动镜驱动系统，回避了空间调制成像光谱仪中的狭缝，因此具有稳定性好、可靠性强、光通量大、信噪比高等优点-"，基于此，本文提出了一种基于多级微镜的时空混合调制傅里叶变换成像光谱仪结构，其干涉系统是利用多级微镜对两成像光束的光程差进行调制，而光学系统则是采用两次成像过程。本文主要对该成像光谱仪的干涉系统、前置和后置成像系统进行分析与设计，进而明确系统设计方法，获得系统设计参数，
基金项目：国家自然科学基金项目（61027010，60977062，61376122），国家高技术研究发展计划项目（2009AA04Z315），吉林省科技发展计
009202
作者简介：吕金光，1984年生，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所助理研究员
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