一种成像式红外傅里叶变换光谱探测仪低温可调视场光阑

摘要

本发明公开了一种成像式红外傅里叶变换光谱探测仪低温可调视场光阑，包括微分头、微分头支撑、锁紧机构、波纹管、隔热管、绝热螺母、右动片连杆、左动片连杆、光阑支撑、冷链接口。左右动片连杆放入光阑支撑内，绝热螺母和隔热管均分别旋到左右动片连杆上，波纹管通过螺钉固定于冷箱壁面上，隔热管与波纹管内的螺纹相连，锁紧机构套入波纹管的圆销上，微分头用微分头支撑通过螺钉夹紧固定后顶到波纹管的圆销上，用绝热螺母压紧隔热管。手动调节室温下的微分头，带动真空低温下的左右动片连杆，定量精密调节低温光阑的中心位置和宽度，且可以进行机械锁定。它结构简单，不需要复杂的真空低温电测量和电调节系统，也没有任何污染。

说明书

技术领域

本发明涉及红外光学仪器技术，具体指一种视场大小可调的冷光学视场装置，它应用于成像式红外傅里叶变换光谱探测仪中。这种仪器探测目标的红外精细光谱，用于大气成份遥感和太阳磁场探测等。

背景技术

对于卫星大气成份遥感或太阳磁场红外光谱法遥感探测，对光谱分辨率的要求极高。目前在研的大气超辐射光谱仪光谱分辨率指标0.015波数(科技部十三五国家重点研发计划项目――大气辐射超光谱探测技术——批准号2016YFB0500600)，在研的太阳磁场测量光谱仪的光谱分辨率指标为0.004波数(国家重大基金项目——用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统——批准号11427901)。由于光谱分辨率极高，目前的技术方法只能是傅里叶变换光谱探测法。带来的问题是光谱带宽很窄，能量就很小，信号很小，这要求仪器的杂散光很小，否则将大大降低仪器的信噪比。为了挡住视场外的光线，以减少杂散光，因而设置视场光阑。对于红外仪器，低温的视场光阑才能起到作用，才能减少杂散光。仪器探测器单元视场越小，前方探测目标温度越低，信号越小，就要求视场光阑温度越低。例如超辐射大气光谱仪的后继光学设计温度为90K，太阳磁场光谱测量仪的后继光学温度为80K。视场光阑就设置在这些低温光学中，称之为低温光阑。

设计一个常温光阑并不费事，设计一个低温光阑就麻烦得多。后继光学系统以及探测器等等都是由不同材料研制成的，很难做到一次研制成功，很难精确计算出光学系统从常温到低温时，所需视场光阑的大小和位置。而且热红外波段很难做到精确装校。因而往往在光学系统冷下来后，最好还要做低温光校。所以有需要发明一个低温可调视场光阑，以适应光阑大小和位置的变化，使仪器获得最佳性能。

由于要用于低温，则必须放置于真空中。低温和真空使得调节装置变得复杂许多。

发明内容

本发明的目的是提供一种成像式红外傅里叶变换光谱探测仪的低温可调视场光阑。

本发明的技术方案如下：

本成像式红外傅里叶变换光谱探测仪的低温可调视场光阑，包括微分头1、微分头支撑2、锁紧机构3、波纹管4、隔热管6、绝热螺母7、右动片连杆8、左动片连杆9、光阑支撑10、冷链接口14(图1)。

该成像式红外傅里叶变换光谱探测仪的低温可调视场光阑可以实现视场光阑处于低温真空环境时，在常温常压下通过调节波纹管压缩量调节视场光阑缝宽和中心位置的需求。

绝热支撑12通过螺钉固定到冷箱壁面5上，光学基板11通过螺钉固定到绝热支撑12上，左动片连杆9放入光阑支撑10上光阑支撑下孔10-2内，右动片连杆8放入光阑支撑10上光阑支撑上孔10-1内，绝热螺母7分别旋到右动片连杆8及左动片连杆9的螺纹上，隔热管6旋紧到右动片连杆8及左动片连杆9的螺纹上，波纹管4通过螺钉固定于冷箱壁面5上，隔热管6通过冷箱壁面5上的通孔与波纹管4内的螺纹相连，冷链一端用螺钉通过冷链接口14分别固定到右动片连杆8与左动片连杆9的螺纹孔上，冷链另一端用螺钉固定到冷箱基板11上，锁紧机构3套入到波纹管4上凸起的圆销上，微分头1用微分头支撑2通过螺钉夹紧固定，通过螺钉装到微调结构支撑底座13上，微分头1顶到波纹管4凸起的圆销上，微调结构支撑底座13通过螺钉固定于工作平台上，用绝热螺母7压紧隔热管6，调节微分头1，给波纹管4内部的波纹预压缩量，密封冷箱，保证冷箱壁面5的内部处于真空低温环境。

微分头1可实现直线距离的精密调节，调节范围0～4mm，分度值0.01mm，精度正负0.004mm；微分头支撑2用于夹紧和固定微分头1；锁紧机构3通过旋紧螺母挤压内部的开槽机构抱紧波纹管4上面凸起的圆销，保证调节后，视场光阑锁紧于所需位置；波纹管4内波纹长度15mm，最大压缩量7mm，可调节直线距离范围4mm，起到真空密封和传递位移的作用；冷箱壁面5给视场光阑组件提供真空低温环境；隔热管6壁厚0.2mm，采用钛合金材料，用于减少波纹管4传递给视场光阑组件的热量；绝热螺母7用于锁紧隔热管6；右动片连杆8与左动片连杆9为两根圆柱杆，上面分别各有一个动片，即右动片8-1和左动片9-1，右动片8-1和左动片9-1是光阑的边界；光阑支撑10上开有光阑支撑上孔10-1,、光阑支撑下孔10-2，和一条可插入右动片8-1和左动片9-1的固定宽度的逢，右动片8-1和左动片9-1可以在光阑支撑10里作沿孔轴向的移动；光学基板11用于放置光阑支撑10；绝热支撑12用于保证冷箱壁面5的热量不会传递到光学基板11上；微调结构支撑底座13用于固定微分头支撑2；冷链接口14将冷链固定到右动片连杆8及左动片连杆9上，保证视场光阑温度恒定。

图2是图1关于视场光阑部分的局部剖视图。其中右动片8-1和左动片9-1是发黑的，位于一个平面内。这个平面是光学系统中与探测器光学成像共轭的平面。图2中右动片8-1与左动片9-1之间留的一条狭缝就是视场狭缝光阑的透光部分。右动片8-1与右动片连杆8是一体制成的，左动片9-1与左动片连杆9也是一体的，右动片连杆8与左动片连杆9连杆部分为两根圆柱杆。光阑支撑10上开有光阑支撑上孔10-1、光阑支撑下孔10-2和一条可插入右动片8-1和左动片9-1的固定宽度的逢，见图3。右动片连杆8和左动片连杆9插入光阑支撑10的两个孔中，右动片8-1和左动片9-1正好插入光阑支撑的逢中。

光谱仪处于工作状态时，冷箱壁面内部为封闭低温真空状态，冷箱壁面外部为常温大气压状态；当左右动片作反向等量位移时，光阑狭缝宽度改变，逢中心不变；当左右动片作同向等量位移时，光阑狭缝中心变化，宽度不变。两个微分头调节量的不同组合可满足同时改变视场光阑缝宽和中心位置的需求。

本发明的优点在于：

本装置的优点是：1)既能调节光阑的大小，又能调节光阑的位置；2)能边工作边调节，使用手工实时调节，边调节边观测，很容易使仪器工作在最佳视场。3)采用了绝热结构设计，使得漏热尽可能小；4)设计时考虑材料热特性，温度达到80K能正常工作，不出现卡死现象。5)采用定制波纹管作为密封件，通过它传递真空低温光学冷箱内外的部件运动，不需要使用真空低温电子驱动机构，就能实现精密调节；6)调节部件使用精密微分头，尺寸小，重量轻，精度高，价格低廉，操作方便，也便于锁定，使用过程中零功耗；7)光阑和支撑上同时与冷源连接，使得冷光阑的温度均匀。

附图说明

图1是成像式红外傅里叶变换光谱探测仪低温可调视场光阑结构图；

图中：

1—微分头；

2—微分头支撑；

3—锁紧机构；

4—波纹管；

5—冷箱壁面；

6—隔热管；

7—绝热螺母；

8—右动片连杆(8-1—右动片)；

9—左动片连杆(9-1—左动片)；

10—光阑支撑(10-1光阑支撑上孔，10-2光阑支撑下孔)；

11—光学基板；

12—绝热支撑；

13—微调结构支撑底座；

14—冷链接口。

图2是视场光阑部分的局部剖视图。

图3是光阑支撑侧视图。

具体实施方式

本发明的结构实例见图1，它用于成像式红外傅里叶变换光谱探测仪的视场光阑低温调节。主要参数为：微分头1调节范围0～4mm，分度值0.01mm，精度正负0.004mm，波纹管4长度15mm，最大压缩量7mm，隔热管6，壁厚0.2mm，采用钛合金材料。

绝热支撑12通过螺钉固定到冷箱壁面5上，光学基板11通过螺钉固定到绝热支撑12上，左动片连杆9放入光阑支撑10上光阑支撑下孔10-2内，右动片连杆8放入光阑支撑10上光阑支撑上孔10-1内，绝热螺母7分别旋到右动片连杆8及左动片连杆9的螺纹上，隔热管6旋紧到右动片连杆8及左动片连杆9的螺纹上，波纹管4通过螺钉固定于冷箱壁面5上，隔热管6通过冷箱壁面5上的通孔与波纹管4内的螺纹相连，冷链一端用螺钉通过冷链接口14固定到右动片连杆8与左动片连杆9的螺纹孔上，冷链另一端用螺钉固定到冷箱基板11上，锁紧机构3套入到波纹管4上凸起的圆销上，微分头1用微分头支撑2通过螺钉夹紧固定，通过螺钉装到微调结构支撑底座13上，微分头1顶到波纹管4凸起的圆销上，微调结构支撑底座13通过螺钉固定于工作平台上，用绝热螺母7压紧隔热管6，调节微分头1，给波纹管4内部的波纹预压缩量，密封冷箱，保证冷箱壁面5的内部处于真空低温环境。

光谱仪处于工作状态时，通过调节微分头1，带动波纹管4里的波纹收缩或伸长，进而推动右动片连杆8及左动片连杆9运动；当微分头等量反向调节时，即右动片连杆8向右运动，左动片连杆9向左运动，光阑狭缝宽度改变，缝中心不变；当微分头同向等量调节时，即右动片连杆8及左动片连杆9同时向左或向右等量移动，光阑狭缝中心变化，宽度不变，进而可以实现视场光阑缝宽和中心位置的调节。

当调节到所需位置后，通过锁紧机构3锁紧波纹管4，保证隔热管6、绝热螺母7、左动片连杆8及右动片连杆9保持在所需位置，也就是锁定了视场光阑的位置及宽度。并且调节量可从两微分头上读到。