[发明专利]一种红外大视场宽谱段多光谱成像光谱仪光学系统

说明书

本发明公开了一种红外大视场宽谱段多光谱成像光谱仪光学系统，该系统从物面到焦面依次同轴排列为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和滤光片轮；第一透镜和第四透镜为弯月正透镜，第二透镜、第三透镜和第五透镜为弯月负透镜，第六透镜为双凸正透镜。本发明采用常见的硫系和硒化锌晶体红外材料，通过优化各表面的面型参数以及采用非球面能够对像差和色差进行校正，实现了在2.5μm～15μm宽波段范围内的高质量成像，具有大视场、小畸变、无热化和超长后截距等特点，易于生产装调，通用性强，可应用于化学有害气体的监测、环境保护、农业和食品安全、医疗与健康和司法鉴定等领域。

技术领域

本发明属于红外光谱探测技术领域，涉及一种红外大视场宽谱段多光谱成像光谱仪光学系统，尤其是一种具有被动消热差功能的2.5μm～15μm红外大视场宽谱段的多光谱成像光谱仪光学系统。

背景技术

随着化学工业技术的迅速发展，化工火灾事故的发生频率也日渐增长，具有图谱合一和实时监控特性的多光谱成像光谱仪成为了当今重点研究方向。由于传统的单一波段的红外探测系统所能识别的目标信息有限，宽谱段多光谱红外成像光谱仪的研制可以提高对目标的监测和识别效果。

宽谱段多光谱成像光谱仪具有良好的平台通用性，除了对化学有害气体的监测外，在环境保护、农业和食品安全、医疗与健康和司法鉴定等领域有着广泛的应用价值。

由于波段范围的限制，能够覆盖2.5μm～15μm的宽谱段光学材料仅有硒化锌、硫化锌、砷化镓和硫系玻璃等几种红外光学材料。低折射率材料的使用存在系统像差和色差难以校正等问题。

目前，国内外有关于大视场宽谱段多光谱的红外光学系统的文献专利几乎为零，现有的文献专利存在谱段窄且谱段不连续，视场较小等问题。例如：

专利CN110398828A公开了一种宽谱段大相对孔径中长波红外成像光学系统，所述光学系统工作波段3μm～14μm，焦距25mm，视场30°，相对孔径1/1，高低温主动调焦消热差。由于所述光学系统是由两个独立光学系统(中波3μm～6μm、长波6μm～14μm)相结合，该系统难以实现小型化，并且为非无热化系统；

专利CN112882210A公开了一种中长波宽波段共焦红外光学系统，所述光学系统工作波段3μm～14μm，焦距50mm，视场15.7°，F数1.1。所述光学系统视场较小，谱段较窄；

美国专利US2007183024A1公开了一种非制冷中长双波段红外光学系统，所述光学系统工作波段为3μm～5μm和8μm～12μm，焦距1.72inchs，F数1.25，视场45°。所述光学系统谱段不连续且谱段较窄，并且无法实现被动无热化消热差功能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计一种2.5μm～15μm红外大视场宽谱段多光谱成像光谱仪光学系统，能够和640×512@17μm宽谱段非制冷型面阵红外探测器匹配使用，满足在-50℃～+80℃被动无热化消热差，系统在保证大视场的条件下满足畸变小、高质量成像。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种2.5μm～15μm红外大视场宽谱段多光谱成像光谱仪光学系统，该系统沿光线传播方向按顺序依次为：物镜第一透镜、物镜第二透镜、物镜第三透镜、物镜第四透镜、物镜第五透镜、物镜第六透镜、滤光片轮。

所述的物镜第一透镜为凹面朝向物方的正光焦度弯月形透镜，第二透镜为凹面朝向物方的负光焦度弯月形透镜，第三透镜为凹面朝向物方的负光焦度弯月形透镜，第四透镜为凹面朝向物方的正光焦度弯月形透镜，物镜第五透镜为凹面朝向像方的负光焦度的弯月形透镜，物镜第六透镜为正光焦度的双凸透镜。