[发明专利]一种长波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差中继成像系统

说明书

一种长波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差中继成像系统，涉及光谱成像技术领域，解决现有长波红外光学系统消热差技术的不足，第一透镜的前表面为柱面镜，第二透镜为折衍混合透镜，前表面为二元面，第五透镜后表面为偶次非球面，分束器、补偿板均为平行平板。分束器、补偿板材料均为硒化锌，第一透镜为正屈光度的凸透镜，材料为硒化锌，第二透镜为正屈光度的凸透镜，材料为锗，第三透镜和第五透镜均为正屈光度的凸透镜，材料为硒化锌，第四透镜为负屈光度的凹透镜。像面边缘相对照度大于85％，畸变量小于0.4％，在17lp/mm处传涵值接近衍射极限，系统景深满足阶梯微反射镜总高度，本发明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1.5％。

技术领域

本发明涉及一种工作在长波红外、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中继成像系统。

背景技术

光学被动式消热差方法不引入额外的机械结构，只需通过不同光学材料间相互组合，利用其色差系数和热差系数的不同来实现互补，就可以实现被动消热差，具有结构简单、重量轻等优势。因此，绝大多数红外光学系统都是选择这种方法来实现消热差。但是这种方法至少需要三种以上的材料相互组合，而长波红外材料受国内材料制备水平的限制，可选用的、用于消热差的材料种类较少。特殊的消热差硫系玻璃例如AMTIR系列、IRG系列等，主要依赖于进口，价格高昂，且容易受到国外制约。

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使用一个阶梯微反射镜来替代传统迈克尔逊干涉仪中的动镜系统，具有稳定、紧凑的干涉结构。区别于同类型的成像光谱仪，基于阶梯微反射镜的成像光谱仪使用一个阶梯微反射镜来代替动镜系统，在设计与其匹配的后置中继成像系统时需要额外考虑：光学系统远心度、畸变等问题导致的干涉混叠现象；光学结构紧凑性设计问题；像面边缘照度低导致的图谱信息缺失问题；系统景深小于阶梯微反射镜总高度导致的无法获得全画幅清晰图像问题；装调及校准难易程度等问题。本发明正是在这样的背景下做出的。

发明内容

本发明为解决匹配基于阶梯镜光学成像系统所提出的特殊的设计要求以及长波波段光学被动消热差等问题，提供一种长波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差中继成像系统。

一种长波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差中继成像系统，按光路走向从物方到像方依次设置的阶梯微反射镜、分束器、补偿板、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、探测器窗片、探测器冷阑和探测器阵面；

光线经阶梯微反射镜入射至分束器和补偿板后，依次通过第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、探测器窗片以及探测器冷阑后在探测器阵面成像；

第一透镜为正屈光度的凸透镜，第二透镜为正屈光度的凸透镜，第三透镜为正屈光度的凸透镜，第四透镜为负屈光度的凹透镜，第五透镜为正屈光度的凸透镜；

所述第一透镜的前表面为柱面，后表面为球面，第二透镜为折衍混合透镜，前表面为二元面，后表面为球面，第五透镜的前表面为球面，后表面为偶次非球面，

所述第三透镜的前表面、后表面和第四透镜的前表面、后表面均为球面；所述分束器、补偿板均为平行平板。

本发明的有益效果：

1、本发明所述的成像系统采用折衍混合透镜，无需特殊的国外硫系玻璃，且用较少的镜片数量实现了系统在长波7-10μm波段内、-20℃-60℃温度范围内消热差。

2、光学系统为物方远心光路，匹配前置成像系统，确保图像与干涉信息完整的获取。

3、本发明使用常用的硫系玻璃和锗，材料容易获取，加工成本低，可大规模应用。

4、本发明光学系统使用了一个柱面，有效平衡了由迈克尔逊干涉系统中的倾斜平板所产生的大数量级像散，成像质量较好。柱面镜设置在第一透镜4前表面，降低了与干涉系统、前置成像系统对接、校准的难度。