CN105092031A - 一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统 - Google Patents
一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105092031A CN105092031A CN201510295753.4A CN201510295753A CN105092031A CN 105092031 A CN105092031 A CN 105092031A CN 201510295753 A CN201510295753 A CN 201510295753A CN 105092031 A CN105092031 A CN 105092031A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- low temperature
- mirror
- imaging system
- infrared high
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Lenses (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本发明公开了一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统。本系统由成像子系统和分光子系统构成。所述成像子系统包括物镜组和第一低温遮光罩。所述分光子系统包括狭缝、准直反射镜、分光棱镜、会聚反射镜、校准镜、第二低温遮光罩和探测器光敏面。其中,第一低温遮光罩和第二低温遮光罩均被降温至100K开氏温度以下,两处带有玻璃平板的盒状遮光罩分别置孔径光阑和探测器光敏面于低温保护中。入射光线经物镜组一次成像于狭缝,经准直反射镜反射后进入分光棱镜色散分光,再经过会聚反射镜反射和校准镜校准后二次成像在探测器光敏面上。采用本发明的高光谱成像系统不仅像质好,集光能力强,光学效率高,而且低温保护区域小,杂散光干扰弱。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外高光谱成像系统,具体涉及一种带有冷光阑的棱镜分光红外高光谱成像系统。
背景技术
杂散光指光学系统中除了成像光线外,扩散于探测器表面上的其他非成像光线辐射能和通过非正常光路到达探测器成像光线辐射能。一般遮拦良好的光学系统,其杂散光往往由系统结构部件和光学元件表面的散射和衍射以及多次反射造成的。在红外探测系统中,当目标信号比较弱时,少量的杂散光引起的噪声会大大降低系统的输出信噪比和像面的对比度,同时在像面上产生杂光光斑,导致像质下降,从而削弱系统的探测能力,严重时可使目标探测信号完全被杂散辐射噪声所淹没。杂散光问题已经成为制约空间光学仪器系统性能的主要障碍。
红外探测系统的杂散光来源主要有三类:第一类是光学系统外部的辐射源,如太阳光、地表面散射等,视场外的光源通过系统内部构件的多次反射、折射或衍射到达探测器表面,称为外部杂散辐射或外杂光;第二类是光学系统内部的辐射源,如控制电机、温度较高的光学元件等,系统本身的红外热辐射直接或间接通过散射到达探测器表面,称为内部杂散辐射或内杂光;第三类是成像目标光线经非光路表面散射或经光路表面的非正常传播而进入探测器的辐射能量,视场内的背景光到达探测器表面,称为成像杂散光。对目标光谱是可见光的光学系统,外部杂散辐射起主要作用;对红外光学系统或工作在红外波段的成像光谱仪,内部杂散辐射的作用显得尤为突出。
第三类杂散光通常在信号处理阶段加以消除,需要抑制的杂散光通常指前两类杂散光。对于第一类杂散光,红外系统和可见光系统均常采用遮光罩和挡光环等措施加以抑制;而第二类杂散光是红外系统特有的杂散光,由于红外辐射会随着温度的降低而减弱,所以一般需要将成像光谱仪等置于低温环境下以降低系统的红外辐射强度。
传统的降温方式往往采用对整个光谱仪系统全部制冷的办法,这样不仅耗能高、代价大,而且制冷系统体积大,组装笨重,不利于仪器的推广使用。
本发明提出的带有冷光阑的红外高光谱成像系统,制冷区域仅限于孔径光阑、狭缝和探测器光敏面。相比于传统的整个系统全部制冷的方法,制冷成本大大降低,而杂散光抑制效果仍然很好,杂散光辐射强度不超过主光线强度的1.4%。
发明内容
本发明的目的在于提供一种置孔径光阑、狭缝和探测器光敏面于低温保护的、成本相对较低的红外高光谱成像系统,解决现有的高光谱成像仪消除杂散光干扰时低温保护代价高的问题。
本发明所采用的技术方案是:一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统,系统包括成像子系统和分光子系统。其中,如图1所示,成像子系统包括物镜组1和第一低温遮光罩2;分光子系统包括狭缝5、准直反射镜7、分光棱镜8、会聚反射镜9、校准镜10、第二低温遮光罩11和探测器光敏面14。以不同视场角入射到成像子系统中的光线,经物镜组1会聚入射到第一玻璃平板3上,再被与成像子系统出瞳重合的低温滤光片4限制最终成像在第一低温遮光罩2中的狭缝5上,通过狭缝5的光线由第二玻璃平板6出射后,经过准直反射镜7反射到分光棱镜8色散,然后折射到会聚反射镜9上,再经所述校准镜10校准成像后入射到第三玻璃平板12处,经第四玻璃平板13最终被所述探测器光敏面14接收。
所述成像子系统为非远心光路系统,所述成像子系统出瞳和分光子系统入瞳重合于第一低温遮光罩2的低温滤光片4的第二面上,所述物镜组1为由4块正、负透镜组成的望远透镜组,所述第一低温遮光罩2和第二低温遮光罩11由人工制冷于100K温度以下,其中第一玻璃平板3、第二玻璃平板6和第三玻璃平板12为平面透镜,材料为硅;第四玻璃平板13为平面透镜,材料为锗;所述准直反射镜7和会聚反射镜9均为偏轴使用的球形反射镜,分光棱镜8为偏轴使用的氟化镁棱镜,该氟化镁棱镜的第一面801和第二面802的光学表面均为球面,其中第一面为内反射面,第二面为透射表面,所述的校准镜10为弯月形透镜,材料为锗。所述的探测器光敏面14接收光谱图像信号。
本发明的优点是:
相比于一般的红外高光谱成像仪,该带有冷光阑的红外高光谱成像系统低温保护区域大大减小,因而系统降温代价更小,成本更低,在满足成像效果的前提下可以达到良好的抗杂散光干扰能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。
图1带有冷光阑的红外高光谱成像系统的光学结构;
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。
所述带有冷光阑的红外高光谱成像系统的成像子系统中,物镜组由正透镜1、负透镜1、正透镜2、正透镜3顺次组成,物镜组口径44.75mm,视场角5°,焦距124.825mm,F#=2.787;整个光谱系统焦距126.011mm,F#=2.765;带有冷光阑的红外高光谱成像系统工作波段为2.0μm~4.8μm,狭缝长度10.9mm,色散宽度10.9mm(采用25μm像元,可以实现436个波段的探测)。具体相关参数见表1、表2。
最后光路会聚成像在探测器光敏面处,相对于系统垂直面倾斜-0.056°。
逆向光路中,第二低温遮光罩的第四玻璃平板第一面的光强为0.0441W,物镜组中第一块透镜的第一面的光强为0.0435W,光能传递率为98.64%,由光路可逆性可知,该红外高光谱成像系统正常工作时,杂散光对光路的影响约为1.36%,杂散光对系统的影响非常小,该系统的抗杂散光能力较强。
表1
表2
Claims (6)
1.一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统;包括成像子系统和分光子系统其特征在于:
所述的成像子系统包括物镜组(1)和第一低温遮光罩(2);
所述的物镜组(1)会聚来自物方的光并一次成像到狭缝(5)所处的焦平面上,所述的第一低温遮光罩(2)中的狭缝(5)和光阑保持低温状态;
所述的分光子系统包括狭缝(5)、准直反射镜(7)、分光棱镜(8)、会聚反射镜(9)、校准镜(10),所述的准直反射镜(7)用于转折光路和会聚光线,分光棱镜(8)用于色散和改善像质,会聚反射镜(9)用于转折光路和聚焦成像,校准镜(10)用于校准会聚光路和消色差,第二低温遮光罩(11)用于保持探测器光敏面(14)处于低温状态,探测器光敏面(14)用于接收光路并二次成像;
不同视场角的光线进入系统后,经物镜组(1)会聚到第一玻璃平板(3)上,再由光阑所在的低温滤光片(4)限制最终成像在第一低温遮光罩(2)中的狭缝(5)上,通过狭缝(5)的光线由第二玻璃平板(6)出射后,经过准直反射镜(7)反射到分光棱镜(8)色散,然后折射到会聚反射镜(9)上,最后会聚到校准镜(10)处;经过所述校准镜(10)校准成像后,光路再经第三玻璃平板(12)、第四玻璃平板(13),最终被所述探测器光敏面(14)接收,与行扫描方向对应的探测器列阵单元构成空间维,与色散方向对应的探测器阵列单元构成光谱维。
2.如权利要求1所述的一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统,其特征在于,所述的物镜组(1)为由4个正负透镜组成的望远透镜组。
3.如权利要求1所述的一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统,其特征在于,所述的成像子系统的出瞳和分光子系统的入瞳重合于第一低温遮光罩(2)的低温滤光片(4)的第二面上。
4.如权利要求1所述的一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统,其特征在于,所述的第一低温遮光罩(2)制冷于100K温度以下。
5.如权利要求1所述的一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统,其特征在于,所述的第一玻璃平板(3)和第二玻璃平板(6)为硅平面平板。
6.如权利要求1所述的一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统,其特征在于,所述分光子系统中的准直反射镜(7)和会聚反射镜(9)为偏轴使用的球形反射镜;分光棱镜(8)为偏轴使用的氟化镁棱镜,该氟化镁棱镜的第一面(801)和第二面(802)的光学表面均为球面,其中第一面为内反射面,第二面为透射表面;校准镜(10)为锗弯月形透镜。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510295753.4A CN105092031B (zh) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510295753.4A CN105092031B (zh) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105092031A true CN105092031A (zh) | 2015-11-25 |
CN105092031B CN105092031B (zh) | 2017-08-25 |
Family
ID=54572971
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510295753.4A Active CN105092031B (zh) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | 一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105092031B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105571713A (zh) * | 2016-03-06 | 2016-05-11 | 苏州大学 | 一种锥衍射装架Offner型分光装置 |
CN107144350A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-09-08 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种双入射狭缝高分辨率成像光谱系统 |
CN107966892A (zh) * | 2016-10-20 | 2018-04-27 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种全息显示装置及其控制方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3152705B2 (ja) * | 1991-11-13 | 2001-04-03 | 株式会社東芝 | 輻射熱測定装置 |
CN101424571A (zh) * | 2008-12-09 | 2009-05-06 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 谐衍射红外双波段超光谱成像系统 |
CN103048045A (zh) * | 2012-12-12 | 2013-04-17 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 消谱线弯曲长波红外平面光栅成像光谱系统 |
CN203881447U (zh) * | 2013-11-21 | 2014-10-15 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 具有高效冷屏的长线阵推扫红外热成像系统 |
CN104535182A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-22 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种物方视场拼接红外高光谱成像系统 |
CN204964020U (zh) * | 2015-06-02 | 2016-01-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 带有冷光阑的红外高光谱成像系统 |
-
2015
- 2015-06-02 CN CN201510295753.4A patent/CN105092031B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3152705B2 (ja) * | 1991-11-13 | 2001-04-03 | 株式会社東芝 | 輻射熱測定装置 |
CN101424571A (zh) * | 2008-12-09 | 2009-05-06 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 谐衍射红外双波段超光谱成像系统 |
CN103048045A (zh) * | 2012-12-12 | 2013-04-17 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 消谱线弯曲长波红外平面光栅成像光谱系统 |
CN203881447U (zh) * | 2013-11-21 | 2014-10-15 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 具有高效冷屏的长线阵推扫红外热成像系统 |
CN104535182A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-22 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种物方视场拼接红外高光谱成像系统 |
CN204964020U (zh) * | 2015-06-02 | 2016-01-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 带有冷光阑的红外高光谱成像系统 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105571713A (zh) * | 2016-03-06 | 2016-05-11 | 苏州大学 | 一种锥衍射装架Offner型分光装置 |
CN107966892A (zh) * | 2016-10-20 | 2018-04-27 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种全息显示装置及其控制方法 |
CN107144350A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-09-08 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种双入射狭缝高分辨率成像光谱系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105092031B (zh) | 2017-08-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103278916B (zh) | 一种激光与中、长波红外共孔径的三波段成像系统 | |
CN108957715B (zh) | 一种共轴光电侦察系统 | |
CN103207452B (zh) | 双波段共光路共焦面成像系统 | |
CN107991686B (zh) | 红外-可见双波段光电探测系统及光轴偏角测量方法 | |
KR100258710B1 (ko) | 솔리드 반사 굴절 렌즈 | |
CN104516110A (zh) | 一种共孔径宽波段红外光学系统 | |
CN101634744B (zh) | 折反式双谱段凝视成像系统 | |
CN102252756B (zh) | 一种星载差分吸收光谱仪前置光学系统 | |
CN106199938A (zh) | 一种大视场离轴三反光学系统 | |
CN103293681A (zh) | 一种超大口径、超长焦距的双通道光学装置 | |
CN102323671B (zh) | 一种具有实入瞳的远心离轴三反镜光学成像系统 | |
CN204964020U (zh) | 带有冷光阑的红外高光谱成像系统 | |
CN105092031A (zh) | 一种带有冷光阑的红外高光谱成像系统 | |
CN111367042B (zh) | 一种大口径长焦距红外双色光学镜头及成像装置 | |
CN102289056B (zh) | 一种用于成像光谱仪的大视场大相对孔径前置物镜 | |
CN112305739B (zh) | 共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统 | |
CN105424187A (zh) | 基于Dyson结构的制冷型长波红外成像光谱仪 | |
CN102507153B (zh) | 一种航天相机红外镜头焦面标定方法 | |
CN204964019U (zh) | 长波红外成像光谱仪光学系统 | |
CN105181136A (zh) | 一种长波红外成像光谱仪光学系统 | |
CN110609382A (zh) | 一种高精度小型化长焦距星敏感器光学系统 | |
CN107121760A (zh) | 一种宽波段制冷红外折反射全景镜头 | |
CN108345095A (zh) | 一种宽幅低杂光全天时星跟踪器光学结构 | |
CN214151221U (zh) | 一种共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统 | |
CN112946907A (zh) | 大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |