[實用新型]帶有冷光闌的紅外高光譜成像系統

有效

• 申請號: 201520371936.5
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN204964020U
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 王躍明;周世堯;王建宇;舒嶸;袁立銀;郎均慰;黃文俊;鮑智康
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本專利涉及一種紅外高光譜成像系統，具體涉及一種帶有冷光闌的棱鏡分光紅外高光譜成像系統。

背景技術

雜散光指光學系統中除了成像光線外，擴散于探測器表面上的其他非成像光線輻射能和通過非正常光路到達探測器成像光線輻射能。一般遮攔良好的光學系統，其雜散光往往由系統結構部件和光學元件表面的散射和衍射以及多次反射造成的。在紅外探測系統中，當目標信號比較弱時，少量的雜散光引起的噪聲會大大降低系統的輸出信噪比和像面的對比度，同時在像面上產生雜光光斑，導致像質下降，從而削弱系統的探測能力，嚴重時可使目標探測信號完全被雜散輻射噪聲所淹沒。雜散光問題已經成為制約空間光學儀器系統性能的主要障礙。

紅外探測系統的雜散光來源主要有三類：第一類是光學系統外部的輻射源，如太陽光、地表面散射等，視場外的光源通過系統內部構件的多次反射、折射或衍射到達探測器表面，稱為外部雜散輻射或外雜光；第二類是光學系統內部的輻射源，如控制電機、溫度較高的光學元件等，系統本身的紅外熱輻射直接或間接通過散射到達探測器表面，稱為內部雜散輻射或內雜光；第三類是成像目標光線經非光路表面散射或經光路表面的非正常傳播而進入探測器的輻射能量，視場內的背景光到達探測器表面，稱為成像雜散光。對目標光譜是可見光的光學系統，外部雜散輻射起主要作用；對紅外光學系統或工作在紅外波段的成像光譜儀，內部雜散輻射的作用顯得尤為突出。

第三類雜散光通常在信號處理階段加以消除，需要抑制的雜散光通常指前兩類雜散光。對于第一類雜散光，紅外系統和可見光系統均常采用遮光罩和擋光環等措施加以抑制；而第二類雜散光是紅外系統特有的雜散光，由于紅外輻射會隨著溫度的降低而減弱，所以一般需要將成像光譜儀等置于低溫環境下以降低系統的紅外輻射強度。

傳統的降溫方式往往采用對整個光譜儀系統全部制冷的辦法，這樣不僅耗能高、代價大，而且制冷系統體積大，組裝笨重，不利于儀器的推廣使用。

本專利提出的帶有冷光闌的紅外高光譜成像系統，制冷區域僅限于孔徑光闌、狹縫和探測器光敏面。相比于傳統的整個系統全部制冷的方法，制冷成本大大降低，而雜散光抑制效果仍然很好，雜散光輻射強度不超過主光線強度的1.4％。

發明內容

本專利的目的在于提供一種置孔徑光闌、狹縫和探測器光敏面于低溫保護的、成本相對較低的紅外高光譜成像系統，解決現有的高光譜成像儀消除雜散光干擾時低溫保護代價高的問題。

本專利所采用的技術方案是：一種帶有冷光闌的紅外高光譜成像系統，系統包括成像子系統和分光子系統。其中，如圖1所示，成像子系統包括物鏡組1和第一低溫遮光罩2；分光子系統包括狹縫5、準直反射鏡7、分光棱鏡8、會聚反射鏡9、校準鏡10、第二低溫遮光罩11和探測器光敏面14。以不同視場角入射到成像子系統中的光線，經物鏡組1會聚入射到第一玻璃平板3上，再被與成像子系統出瞳重合的低溫濾光片4限制最終成像在第一低溫遮光罩2中的狹縫5上，通過狹縫5的光線由第二玻璃平板6出射后，經過準直反射鏡7反射到分光棱鏡8色散，然后折射到會聚反射鏡9上，再經所述校準鏡10校準成像后入射到第三玻璃平板12處，經第四玻璃平板13最終被所述探測器光敏面14接收。

所述成像子系統為非遠心光路系統，所述成像子系統出瞳和分光子系統入瞳重合于第一低溫遮光罩2的低溫濾光片4的第二面上，所述物鏡組1為由4塊正、負透鏡組成的望遠透鏡組，所述第一低溫遮光罩2和第二低溫遮光罩11由人工制冷于100K溫度以下，其中第一玻璃平板3、第二玻璃平板6和第三玻璃平板12為平面透鏡，材料為硅；第四玻璃平板13為平面透鏡，材料為鍺；所述準直反射鏡7和會聚反射鏡9均為偏軸使用的球形反射鏡，分光棱鏡8為偏軸使用的氟化鎂棱鏡，該氟化鎂棱鏡的第一面801和第二面802的光學表面均為球面，其中第一面為內反射面，第二面為透射表面，所述的校準鏡10為彎月形透鏡，材料為鍺。所述的探測器光敏面14接收光譜圖像信號。

本專利的優點是：

相比于一般的紅外高光譜成像儀，該帶有冷光闌的紅外高光譜成像系統低溫保護區域大大減小，因而系統降溫代價更小，成本更低，在滿足成像效果的前提下可以達到良好的抗雜散光干擾能力。

附圖說明

為了更清楚地說明本專利實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。