(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210782255.2 (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 西安博方智能科技有限公司 地址 710075 陕西省西安市高新区唐延路 25号银河科技大厦7层 (72)发明人 高波　 (74)专利代理 机构 陕西佳禾宏盛知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 61280 专利代理师 宁文涛 (51)Int.Cl. G01J 3/45(2006.01) G01J 3/28(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/14(2006.01)G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种变间隙法布里-珀罗光谱成像仪视场角 确定方法 (57)摘要 本发明属于光谱成像领域， 公开了一种变间 隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪视场角确定方法， 在 满足整个光谱成像仪空间探测能力的基础上， 分 别建立干涉光谱成像系统的艾里斑中心距和干 涉条纹畸变量两项性能参数与变间隙法布里 ‑珀 罗光谱成像仪视场角之间的数学模 型， 通过艾里 斑中心距和干涉条纹畸变量对系统性能的影响， 构建变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪视场角的约 束条件， 确定视场角的最佳值。 变间隙法布里 ‑珀 罗光谱成像仪视场角不仅直接决定了系统的空 间探测和分辨能力， 而且间接影 响了系统光谱信 息的获取能力。 通过使用本发明的技术方案， 可 确定其最佳值， 使整个变间隙法布里 ‑珀罗干涉 光谱成像系统性能达 到最优。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115165107 A 2022.10.11 CN 115165107 A 1.一种变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪 视场角确定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 依据变间隙法布里 ‑珀罗干涉光谱成像系统对目标的空间探测能力 需求， 计算 变间隙法布里 ‑珀罗干涉光谱成像系统视场角初始值， 同时设定干涉仪横向尺寸和成像物 镜焦距的初始值； 步骤2： 为满足变间 隙法布里 ‑珀罗干涉光谱成像系统艾里斑中心距小于系统探测器最 小分辨率要求， 依据变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪视场角与系统艾里斑中心距的数学模 型， 得到视场角的初始预置区间； 步骤3： 为满足变间 隙法布里 ‑珀罗干涉光谱成像系统艾里斑中心距小于两倍的艾里斑 半径的要求， 在步骤2得到的视场角初始预置区间基础上， 对变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像 仪视场角的取值范围进一 步约束， 获得二次视场角预置区间； 步骤4： 建立变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪视场角与干涉条纹偏移量的数学模型， 对 偏移后干涉条纹进行傅里叶变换， 计算系统光谱分辨率， 通过判断光谱分辨率是否满足系 统要求， 对视场角进一 步约束， 从而获得最佳系统视场角预置区间； 步骤5： 判断视场角初始值是否在最佳系统视场角预置区间内， 如果在， 初始值可作为 最终设计值， 满足系统要求； 如果不在， 需更改视场角初始值及系统相关设计参数初始值， 重复步骤1 ‑4， 直至初始值在最佳 预置区间为止 。 2.如权利要求1所述的变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪视场角确定方法， 其特征在于， 所述步骤1 中， 所述的变间隙法布里 ‑珀罗干涉光谱成像系统视场角初始值确定方法如公式 (1)所示: θ为系统视场角， 单位为rad； B为目标场景大小， 单位为m； L为目标与变间隙法布里 ‑珀 罗光谱成像系统之间的距离， 单位 为m； 根据公式(2)， 视场角与干涉仪横向尺寸和成像物镜焦距之间的关系， 可以设定干涉仪 横向尺寸和成像物镜焦距的初始值； 式中， xmax为光束入射在干涉腔的位置距干涉腔对称中心位置处的最大距离， 即干涉仪 横向尺寸的一半， 单位m m； f为成像物镜焦距， 单位m m。 3.如权利要求1所述的变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪视场角确定方法， 其特征在于， 所述步骤2中， 变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪视场角与变间隙法布里 ‑珀罗干涉光谱成像 系统艾里斑中心 距的数学模型为： 其中， β ＝arcsi n{nsin[arcsin(sinθ /n)+α ]}+α              (4) 式中， x为光束入射在干涉腔的位置距干涉腔对称中心位置处的距离， 单位mm； d为变间 隙法布里 ‑珀罗干涉光谱成像系统艾里斑中心距， 单位为μm； n为楔形平板的折射率； α 为干 涉仪的楔角， 单位 为rad； θ 为系统视场角， 单位 为rad； β 为中间变量， 单位 为rad；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115165107 A 2依据公式(3)、 (4)， 得到变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪视场角与变间隙法布里 ‑珀罗 干涉光谱成像系统艾 里斑中心 距之间的关系曲线。 4.如权利要求1所述的变间隙法布里 ‑珀罗干涉仪楔角确定方法， 其特征在于， 所述步 骤2中为满足变间隙法布里 ‑珀罗干涉光谱成像系统艾里斑中心距小于系统探测器最小分 辨率要求， 即如公式(5)所示， 得到变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪 视场角的初始预置区间： d≤p                          (5) d为变间隙法布里 ‑珀罗干涉光谱成像系统艾里斑中心距， 单位为 μm； p为探测器像元尺 寸， 单位 μm。 5.如权利要求1所述的变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪视场角确定方法， 其特征在于， 所述步骤3中， 设置变间隙法布里 ‑珀罗干涉光谱成像系统艾里斑中心距应小于两倍的艾里 斑半径： dmax<2r                         (6) 对于圆形通 光孔径， 物点 光束通过成像物镜形成的艾 里斑半径为 r＝1.22 λminF#                     (7) 式中， λmin为系统响应 的最小波长， 单位μm， F#为前端成像物镜 的F#， r为成像物镜形成 的艾里斑半径， 单位 μm； 如公式(6)所示， 得到变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪 视场角的二次视场角预置区间。 6.如权利要求1所述的变间隙法布里 ‑珀罗干涉仪楔角确定方法， 其特征在于， 所述步 骤4中， 变间隙法布里 ‑珀罗光谱成像仪 视场角与干涉 条纹偏移量的数 学模型： △x＝htanθ                       (8) 其中， θ 为系统视场角， 干涉腔高度h， 为 h＝xtanα                        (9) 式中， x为光束入射在干涉腔的位置距干涉腔对称中心位置处 的距离； 对偏移后干涉条 纹进行傅里叶变换， 计算系统光谱分辨 率△ν’， 应满足， 其中，△ν为系统光谱分辨率， △ν’为干涉条纹偏移后得到的光谱分辨率， 通过公式 (10)对视场角进一 步约束， 从而获得最佳视场角预置区间。 7.如权利要求1所述的变间隙法布里 ‑珀罗干涉仪楔角确定方法， 其特征在于， 所述步 骤5中， 如果视场角初始值在最佳视场角预置区间内， 初始值可作为最终设计值， 满足系统 要求； 如果不在， 需更改视场角初始 值及干涉仪横向尺寸和成像物镜焦距的初始 值， 重复步 骤1‑4， 直至初始值在最佳视场角预置区间为止 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115165107 A 3