[實(shí)用新型]一種長(zhǎng)波成像光譜儀低溫模型

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520736223.4
• 申請(qǐng)日: 2015-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN205037971U
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁立銀;王建宇;何志平;李春來;呂剛;王躍明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及遙感探測(cè)領(lǐng)域中的成像光譜儀，具體是指一種用于機(jī)載或星載的長(zhǎng)波紅外成像光譜儀的低溫模型。

背景技術(shù)

上世紀(jì)九十年代開始，美國(guó)率先開展了熱紅外譜段成像光譜儀的研制，代表儀器有：1996年，美國(guó)研制的SEBASS機(jī)載紅外高光譜成像儀，含有長(zhǎng)波7.5～13.5μm譜段，光譜采樣為50nm，瞬時(shí)視場(chǎng)為1mrad，整個(gè)光路用液氦制冷。1997年，美國(guó)研制的TIRIS-I機(jī)載熱紅外成像光譜儀，工作波段為7.5～14.0μm，64個(gè)光譜波段，100μm的光譜采樣，3.6mrad的空間分辨率，使用平面光柵分光，定制的線性漸變?yōu)V光片安裝在焦平面上抑制背景輻射。之后繼續(xù)研制完成了TIRIS-II和TIRIS-III。2003年，美國(guó)NGST研制完成LWHIS長(zhǎng)波紅外高光譜成像光譜儀，推帚式成像，工作波段8～12.5μm，光譜波段128個(gè)，瞬時(shí)視場(chǎng)0.9為mrad，全視場(chǎng)6.6°，可用于地面和機(jī)載成像，三反射鏡望遠(yuǎn)物鏡，F(xiàn)數(shù)2.5，平面光柵分光，35nm的光譜分辨率，探測(cè)器是256×256元，40μm焦平面列陣，合并成128×128應(yīng)用，整個(gè)系統(tǒng)安裝在內(nèi)表面鍍金的真空室內(nèi)，F(xiàn)PA斯特林機(jī)制冷到63K，光機(jī)子系統(tǒng)制冷到100K以下。近來的代表儀器有：2006年，美國(guó)JPL實(shí)驗(yàn)室研制的QWEST紅外成像光譜儀，工作波段為8～9μm，后期將擴(kuò)展到8～12μm工作波段。緊湊的光學(xué)系統(tǒng)采用透射式物鏡，光譜儀采用Dyson同心設(shè)計(jì)，凹面光柵分光，光譜儀光機(jī)整體制冷至40K抑制雜散熱輻射。狹縫寬度為50μm，8～12μm范圍內(nèi)光譜通道數(shù)256個(gè)，總視場(chǎng)40°。2011年，MAKO成像光譜儀工作波段7.8～13.4μm，結(jié)構(gòu)與QWEST類似，成像光譜儀前方加了一個(gè)3.66倍的TMA望遠(yuǎn)鏡提高空間分辨率，光譜儀也采用Dyson同心設(shè)計(jì)，凹面光柵分光，望遠(yuǎn)鏡之后的成像光譜儀光機(jī)整體制冷抑制雜散熱輻射。我國(guó)在2009年，研制了一臺(tái)長(zhǎng)波成像光譜儀的原理樣機(jī)，采用光機(jī)整體制冷。

綜上可知，在長(zhǎng)波紅外波段，精細(xì)分光后，每個(gè)波段的信號(hào)更小，抑制背景輻射非常必要。為進(jìn)一步提升長(zhǎng)波成像光譜儀的性能，提高信噪比，抑制儀器自身的長(zhǎng)波輻射是長(zhǎng)波成像光譜儀的關(guān)鍵技術(shù)之一。所采用的措施，一是采用背景抑制濾光片，二是對(duì)儀器進(jìn)行制冷，將輻射極值移到8μm以下，降低8～14μm譜段的背景輻射。由于背景輻射與溫度成四次方的關(guān)系，因此對(duì)光機(jī)子系統(tǒng)進(jìn)行整機(jī)制冷，是抑制背景提高等效噪聲溫差最有效的方式。然而，對(duì)光機(jī)子系統(tǒng)進(jìn)行整機(jī)制冷帶來的后果之一是儀器的體積、重量和功耗顯著增大，之二是低溫光學(xué)裝調(diào)難度的增大和裝調(diào)精度的降低。

發(fā)明內(nèi)容

本專利解決的技術(shù)問題是：基于上述已有技術(shù)存在的一些問題，本專利的目的是建立一種長(zhǎng)波成像光譜儀低溫模型。

本專利的模型如圖1所示。長(zhǎng)波成像光譜儀低溫模型由望遠(yuǎn)成像鏡1、冷箱2、光譜儀3和焦面組件4組成。望遠(yuǎn)成像鏡1常溫，光譜儀3真空制冷。來自物方的輻射經(jīng)望遠(yuǎn)成像鏡1，穿過冷箱窗口3-1，進(jìn)入冷箱2內(nèi)的光譜儀3，會(huì)聚到視場(chǎng)光闌3-3上，再發(fā)射至光學(xué)模塊3-4，經(jīng)其分光成像，經(jīng)過焦平面組件4的濾光片4-1，會(huì)聚到光敏面4-3上。

所述的望遠(yuǎn)成像鏡1為透射鏡頭，常溫使用，不制冷。望遠(yuǎn)成像鏡1的出瞳在后方，也是冷箱2內(nèi)的光譜儀3的入瞳所在，與冷箱窗口3-1接近，利于系統(tǒng)冷箱的冷光學(xué)設(shè)計(jì)以降低背景輻射影響。要求望遠(yuǎn)成像鏡1的機(jī)械鏡筒相對(duì)于視場(chǎng)光闌3-3軸向連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)精度0.005mm，其外表面金屬原色，內(nèi)表面發(fā)黑處理。

所述的冷箱2，其內(nèi)外表面金屬原色，有兩個(gè)孔。一個(gè)入孔用于裝配冷箱窗口3-1，一個(gè)出孔用于裝配與焦面組件4相連的柔性連接件。通過與其相連的真空和制冷控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真空制冷。