[發明專利]長波紅外成像光譜儀光學系統

在審

• 申請號: 202011297869.9
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112326582A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 向康;吳耀;熊濤;王海濤;胡棟
• 申請（專利權）人: 湖北久之洋紅外系統股份有限公司
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35;G01N21/01;G01J3/18;G01J3/14;G01J3/12;G01J3/02;G01J3/28;G02B1/00;G02B1/02;G02B5/18;G02B7/182;G02B13/02;G02B13/14;G02B27/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發明公開了一種長波紅外成像光譜儀光學系統，由物方至像方的光軸方向上，該光學系統依次包括前組望遠物鏡組(L1)、狹縫(L2)和準直物鏡組(L3)；狹縫(L2)位于前組望遠物鏡組(L1)的成像位置；準直物鏡組(L3)將透過狹縫(L2)的光束準直成平行光；該光學系統還包括：平面衍射光柵(L4)，經準直后的平行光入射在其上并發生衍射，不同波長的光因衍射角不同而色散分光；后組成像物鏡組(L5)，將經平面衍射光柵(L4)色散的衍射光按波長成像到紅外探測器焦平面上。本發明具有光譜分辨率高、色散線性度好、穩定性好等優點，且結構簡單、成本低廉、易于實現。

技術領域

本發明涉及成像光譜儀光學設計技術領域，尤其涉及一種基于平面反射光柵的長波紅外成像光譜儀光學系統。

背景技術

光譜儀是一種能采集物質自身發出光、透射光與反射光，并將光源中所包含的光譜信息進行檢測和分析的光學儀器裝置。光譜儀的作用是將來自光源的不同波長的光譜信息通過分解或變換顯示出來，光譜儀所記錄的圖形就是可供檢測與分析的光譜圖。

成像光譜技術同時獲取被測物體的光譜特征及空間分布特性，可用于大氣、水等污染狀況的監測，以及礦物資源探測、農作物災害預警等方面。在軍事上，由于大多數毒氣在長波紅外波段有特定的吸收峰，利用紅外光譜技術對化學試劑進行遙測，具有非接觸、快速準確的優點。

目前國內外市場上長波紅外成像光譜儀大多數都是基于邁克爾遜干涉儀的原理，邁克爾遜干涉儀需要高精度的運動掃描機構，例如使用運動的角鏡，對外界震動極其敏感，對平臺要求極高，導致其穩定性、抗干擾性都達不到機載、車載等特殊場合應用要求。

發明內容

本發明針對傳統馬克爾遜干涉型長波紅外成像光譜儀結構復雜、穩定性不足的問題，提供一種能夠同時獲取目標的實時光譜信息和空間位置信息，具有結構簡單，穩定性好、光譜分辨率高的特點的基于平面反射光柵的長波紅外成像光譜儀光學系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

提供一種基于平面反射光柵的長波紅外成像光譜儀光學系統，由物方至像方的光軸方向上，該光學系統依次包括前組望遠物鏡組、狹縫和準直物鏡組；狹縫位于前組望遠物鏡組的成像位置；準直物鏡組將透過狹縫的光束準直成平行光；

該光學系統還包括：

平面衍射光柵，經準直后的平行光入射在其上并發生衍射，不同波長的光因衍射角不同而色散分光；

后組成像物鏡組，將經平面衍射光柵色散的衍射光按波長成像到紅外探測器焦平面上。

接上述技術方案，該光學系統還包括兩個切換反射鏡，其中一個置于準直物鏡組和平面衍射光柵之間，另一個置于平面衍射光柵和后組成像物鏡組之間；當兩個切換反射鏡切出光路時，光路為通過平面衍射光柵的光譜成像模式，當兩個切換反射鏡切入光路時，光路不通過平面衍射光柵，此時為正常成像模式。

接上述技術方案，所述狹縫的長度方向對應空間像方向，寬度方向對應色散方向。

接上述技術方案，所述狹縫的長度l滿足8mm≤l≤12.8mm，寬度w滿足25μm≤w≤50μm。

接上述技術方案，所述平面衍射光柵為閃耀光柵，刻線密度p滿足20lp/mm≤p≤100lp/mm。

接上述技術方案，前組望遠物鏡組、準直物鏡組和后組成像物鏡組的透鏡為硒化鋅、硫化鋅和單晶鍺材料制成的透鏡。

接上述技術方案，前組望遠物鏡組包括四個位于同一光軸的前組望遠物鏡，其中：前組望遠物鏡一為正光焦度的彎月形透鏡，凸面朝向物方方向，材料為單晶鍺；前組望遠物鏡二為負光焦度的彎月形透鏡，凹面朝向物方方向，材料為硒化鋅；前組望遠物鏡三為負光焦度的彎月形透鏡，凸面朝向物方方向，材料為硫化鋅；前組望遠物鏡四為正光焦度的彎月形透鏡，凸面朝向物方方向，材料為單晶鍺。