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原文传递一种中波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差二次成像系统

专利名称：	一种中波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差二次成像系统
摘要：	一种中波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差二次成像系统，涉及光谱成像技术领域，解决现有红外光学系统消热差技术的不足，包括阶梯微反射镜、分束器、补偿板、五个透镜、探测器窗片、探测器冷阑和探测器阵面；本发明通过求解光焦度分配方程、透镜折射率变化导致的系统离焦方程和材料热膨胀和镜筒热膨胀方程，使用硫系玻璃、锗和硅三种材料相互组合来实现被动消热差功能。该系统在‑20℃‑60℃温度范围内实现了被动消热差功能，像面边缘相对照度接近90％，畸变量小于0.4％，在17lp/mm处传涵值接近衍射极限，系统景深满足阶梯镜总高度，设计结果显示以不同阶梯高度位置为物面成像时，系统MTF值最大变化率不超过1％。系统实现了冷光阑100％匹配，无渐晕。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
发明人：	吕金光;任俊;梁静秋;王惟彪;秦余欣;陶金;赵百轩
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN201911390942.4
公开号：	CN111077076A
代理机构：	长春众邦菁华知识产权代理有限公司
代理人：	朱红玲
分类号：	G01N21/01;G01N21/3504;G02B27/00;G;G01;G02;G01N;G02B;G01N21;G02B27;G01N21/01;G01N21/3504;G02B27/00
申请人地址：	130033 吉林省长春市东南湖大路3888号
主权项：	1.一种中波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差二次成像系统，按光路走向从物方到像方依次设置的阶梯微反射镜(1)、分束器(2)、补偿板(3)、第一透镜(4)、第二透镜(5)、第三透镜(6)、第四透镜(7)、第五透镜(8)、探测器窗片(9)、探测器冷阑(10)和探测器阵面(11)；入射光经阶梯微反射镜(1)入射经分束器(2)和补偿板(3)后依次经第一透镜(4)、第二透镜(5)、第三透镜(6)、第四透镜(7)和第五透镜(8)后，通过探测器窗片(9)和探测器冷阑(10)最终在探测器阵面(11)成像；其特征是：第一透镜(4)为正屈光度的凸透镜，第二透镜(5)为正屈光度的凸透镜，第三透镜(6)为负屈光度的凹透镜，第四透镜(7)为正屈光度的凸透镜，第五透镜(8)为正屈光度的凸透镜；所述第一透镜(4)的前表面为柱面镜，后表面为球面；第三透镜(6)和第五透镜(8)的前表面均为球面，后表面均为偶次非球面，第二透镜(5)和第四透镜(7)的前表面和后表面均为球面，分束器(2)、补偿板(3)均为平行平板。 2.根据权利要求1所述的一种中波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差二次成像系统，其特征在于：所述分束器(2)、补偿板(3)材料均为硒化锌，第一透镜(4)材料为硫化锌，第二透镜(5)材料为硅，第三透镜(6)材料为单晶锗，第四透镜(7)材料为硅，第五透镜(8)材料为硫化锌。 3.根据权利要求1所述的一种中波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差二次成像系统，其特征在于：第一透镜(4)、第二透镜(5)、第三透镜(6)、第四透镜(7)和第五透镜(8)表面均镀红外增透膜，增透波段为3.7-4.8μm，平均透过率大于等于98％。 4.根据权利要求1所述的一种工作在中波红外、应用于基于阶梯微反射镜的时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪的光学被动消热差二次成像系统，其特征在于：各透镜元件需要同时满足光焦度分配方程、透镜折射率变化导致的系统离焦方程，材料热膨胀和镜筒热膨胀方程分别由下式表示为：式中，为光学系统光焦度，为第i个透镜的光焦度；hi为近轴孔径光线在第i个透镜表面的入射高；T为环境温度；为透镜色散引起的离焦，为光学元件由温度变化而引起的热离焦；Ti和Ci分别为第i个透镜的规划热差系数和规划色差系数；αh为镜筒材料线膨胀系数；L为镜筒长度。 5.根据权利要求1所述的一种中波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差二次成像系统，其特征在于：所述阶梯微反射镜(1)的阶梯高度为0.625μm，阶梯数为128，阶梯总高度为80μm，阶梯微反射镜表面镀金属反射膜。 6.根据权利要求1所述的一种中波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差二次成像系统，其特征在于：探测器为红外制冷探测器，所述红外制冷探测器像元尺寸为30μm×30μm，分辨率为320×256，探测器阵面对角线长度为12.3mm，探测器冷阑(10)到探测器阵面(11)的距离为19.8mm。 7.根据权利要求1所述的一种中波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差二次成像系统，其特征在于：所述镜头的景深大于阶梯微反射镜总高度，在每个阶梯面上的图谱信息经过二次成像系统成像后被完整地传递到探测阵面上。 8.根据权利要求1所述的一种中波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差二次成像系统，其特征在于：所述镜头采用物方远心光路设计，与前置成像系统完美匹配，使得该二次成像系统能完整地获取的图谱信息。 9.根据权利要求1所述的一种中波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差二次成像系统，其特征在于：阶梯微反射镜(1)到分束器(2)前表面距离为30mm；分束器厚度为8mm，分束器后表面到补偿板(3)前表面距离为8mm；补偿板(3)厚度为8mm，补偿板(3)后表面到第一透镜(4)的距离范围为250～290mm；第一透镜(4)的厚度范围为10-15mm，前表面曲率半径范围为3.2E+04～3.9E+04，后表面曲率半径范围为-700～-850mm，后表面到第二透镜(5)前表面距离范围为9～15mm；第二透镜(5)的厚度范围为10-15mm，前表面曲率半径范围为70～80，后表面曲率半径范围为190～250mm，后表面到第三透镜(6)前表面距离范围为3～5mm；第三透镜(6)的厚度范围为10-15mm，前表面曲率半径范围为-1000～-2500mm，后表面曲率半径范围为100～160mm，后表面到第四透镜(7)前表面距离范围为9～16mm；第四透镜(7)的厚度范围为7-10mm，前表面曲率半径范围为20～40mm，后表面曲率半径范围为10～45mm，后表面到第五透镜(8)前表面距离范围为9～15mm；第五透镜(8)的厚度范围为2-7mm，前表面曲率半径范围为70～100mm，后表面曲率半径范围为100～170mm，后表面到探测器窗片(9)前表面距离范围为9～15mm；探测器窗片(9)的厚度为1mm，后表面到探测器冷阑(10)的距离为2mm。
所属类别：	发明专利