一种热红外成像系统技术方案

一种热红外成像系统，包括位于同光轴的镜头和探测器，探测器从靠近镜头的一侧起依次包括探测器窗口、冷光阑以及成像焦面，镜头依次包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片以及第五镜片；其中第一镜片是由锗磨制而成的正光焦度的平面向物方的平凸镜；第二镜片是由锗磨制而成的正光焦度的弯向像方的弯月镜；第三镜片是由Ａｍｔｉｒ１磨制而成的负光焦度的双凹镜；第四镜片是由Ａｍｔｉｒ１磨制而成的负光焦度的弯向像方的弯月镜；第五镜片是由锗磨制而成的正光焦度的平面向像方的平凸镜。本成像系统是理想的物方远心，并且畸变小于万分之五，此系统非常适合于将热红外光纤传像束转换为电信号的耦合器件。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种工作于热红外波段的成像光学系统。具体地说，是一种物距为有 限远的、工作于热红外波段的、物方远心的、具有100%冷光阑效率、畸变非常小的光学系统。
技术介绍
广义上讲，波长从0. 9微米到1000微米电磁辐射都可称之为红外辐射。大气对于不同波段的红外辐射透过率是不同的，一般说来对于红外辐射有两个波段透过率较高，一个是3微米到5微米，称之为中红外波段；另一个是8微米到12微米，称之为热红外波段。 同可见光辐射一样，红外辐射也是一种电磁波，只不过波长更长一些。红外辐射也同样遵守反射定律和折射定律，因此同样可以像可见光一样通过光学系统成像。 红外成像同可见光成像也有许多明显不同之处。首先从目标特性来说，红外辐射由目标自身辐射而出，是一种被动成像系统；可见光则是由目标反射其他光源(如太阳)的辐射，属于主动成像系统；其次，红外成像系统的探测器经常需要制冷，并且探测器内置冷光阑。探器制冷可以大大降低暗电流，提高探测器灵敏度。探测器内的冷光阑的作用是拦掉视场外的杂散辐射。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种工作于热红外波段的光学系统，是一种物距为有 限远的、物方远心的、具有100%冷光阑效率、畸变非常小的光学系统。 本技术的技术方案是 —种热红外成像系统，包括位于同光轴的镜头和探测器，所述探测器从靠近镜头 的一侧起依次包括探测器窗口 、冷光阑以及成像焦面， 其特殊之处在于 所述镜头由五个镜片组成，具体的从远离探测器的一侧起依次包括第一镜片、第 二镜片、第三镜片、第四镜片以及第五镜片； 所述第一镜片是由锗磨制而成的正光焦度的平面向物方的平凸镜； 所述第二镜片是由锗磨制而成的正光焦度的弯向像方的弯月镜； 所述第三镜片是由Amtirl磨制而成的负光焦度的双凹镜； 所述第四镜片是由Amtirl磨制而成的负光焦度的弯向像方的弯月镜； 所述第五镜片是由锗磨制而成的正光焦度的平面向像方的平凸镜。 上述第一镜片的入射面距离物面80mm，其在焦平面成0. 6倍的像。 本技术整个光学系统由五个镜片组成，其中三个锗镜片，两个Amtirl镜片，其中Amtirl镜片是一种锗玻璃镜片的混合体，德国代号为IG2，Amtirl为美国代号，它是一种用于热红外波段的玻璃。工作时，物面距第一镜片的入射面80mm，经光学系统縮小0. 6倍呈于焦平面。 由于是具有100%冷光阑效率。这是由镜头设计决定的，所谓100%冷光阑效率是指所有聚焦于焦面的光都是目标所发出的，系统完全去除背景的杂散辐射，从而可以大大 提高图像对比度。 由于成像系统是理想的物方远心，并且畸变小于万分之五，所以此系统非常适合 于将热红外光纤传像束转换为电信号的耦合器件。此系统物方数值孔径为0. 133，如果热红 外传像束的光纤数值孔径大于光学系统物方数值孔径，则系统接受到信号完全是传像束的 信号，由此可以大大提高信号耦合的效率。附图说明图1是整个光学系统侧视剖面图； 图2是光学系统传递函数曲线； 图3是光学系统像差曲线； 图4是光学系统球差曲线和畸变曲线； 其中a表示球差曲线、b表示畸变曲线。 附图标号说明l-第一镜片，2-第二镜片，3-第三镜片，4-第四镜片，5-第五镜 片，6-冷光阑，7-镜头，8-探测器。具体实施方式参见图1， 一种热红外成像系统，包括位于同光轴的镜头7和探测器8，探测器8从 靠近镜头7的一侧起依次包括探测器8窗口、冷光阑6以及成像焦面，镜头7由五个镜片组 成，具体的从远离探测器8的一侧起依次包括第一镜片1、第二镜片2、第三镜片3、第四镜片 4以及第五镜片5 ;第一镜片1是由锗磨制而成的正光焦度的平面向物方的平凸镜；第二镜 片2是由锗磨制而成的正光焦度的弯向像方的弯月镜；第三镜片3是由Amtirl磨制而成的 负光焦度的双凹镜；第四镜片4是由Amtirl磨制而成的负光焦度的弯向像方的弯月镜；第 五镜片5是由锗磨制而成的正光焦度的平面向像方的平凸镜；第二镜片2与第三镜片3相 连在一起；第一镜片1的入射面距离物面80mm，其在焦平面成0. 6倍的像。 目标发出的光线经第一镜片1汇聚，第一镜片1由锗磨制而成的正光焦度的平面 向物方的平凸镜；光线进入第二镜片2后汇聚，第二镜片2由锗磨制而成的正光焦度的弯向 像方的弯月镜；光线进入第三镜片3后发散，第三镜片3由Amtirl磨制而成的负光焦度的 双凹镜；光线进入第四镜片4后发散，第四镜片4由Amtirl磨制而成的负光焦度的弯向像 方的弯月镜；光线进入第五镜片5后汇聚，第五镜片5由锗磨制而成的正光焦度的平面向像 方的平凸镜；最后光线经探测器8窗口和冷光阑6聚焦于焦面。 由于是具有100%冷光阑效率。这是由镜头设计决定的，所谓100%冷光阑效率是 指所有聚焦于焦面的光都是目标所发出的，系统完全去除背景的杂散辐射，从而可以大大 提高图像对比度。其效果可参见图2 4，其中图2是光学系统传递函数曲线、图3是光学 系统像差曲线、图4是光学系统球差曲线和畸变曲线。 由于成像系统是理想的物方远心，并且畸变小于万分之五，所以此系统非常适合 于将热红外光纤传像束转换为电信号的耦合器件。此系统物方数值孔径为0. 133，如果热红 外传像束的光纤数值孔径大于光学系统物方数值孔径，则系统接受到信号完全是传像束的 信号，由此可以大大提高信号耦合的效率。权利要求一种热红外成像系统，包括位于同光轴的镜头和探测器，所述探测器从靠近镜头的一侧起依次包括探测器窗口、冷光阑以及成像焦面，其特征在于所述镜头由五个镜片组成，具体的从远离探测器的一侧起依次包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片以及第五镜片；所述第一镜片是由锗磨制而成的正光焦度的平面向物方的平凸镜；所述第二镜片是由锗磨制而成的正光焦度的弯向像方的弯月镜；所述第三镜片是由Amtir1磨制而成的负光焦度的双凹镜；所述第四镜片是由Amtir1磨制而成的负光焦度的弯向像方的弯月镜；所述第五镜片是由锗磨制而成的正光焦度的平面向像方的平凸镜。2. 根据权利要求1所述热红外成像系统，其特征在于所述第一镜片的入射面距离物 面80mm，其在焦平面成0. 6倍的像。专利摘要一种热红外成像系统，包括位于同光轴的镜头和探测器，探测器从靠近镜头的一侧起依次包括探测器窗口、冷光阑以及成像焦面，镜头依次包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片以及第五镜片；其中第一镜片是由锗磨制而成的正光焦度的平面向物方的平凸镜；第二镜片是由锗磨制而成的正光焦度的弯向像方的弯月镜；第三镜片是由Amtir1磨制而成的负光焦度的双凹镜；第四镜片是由Amtir1磨制而成的负光焦度的弯向像方的弯月镜；第五镜片是由锗磨制而成的正光焦度的平面向像方的平凸镜。本成像系统是理想的物方远心，并且畸变小于万分之五，此系统非常适合于将热红外光纤传像束转换为电信号的耦合器件。文档编号G02B1/00GK201548753SQ20092024489公开日2010年8月11日 申请日期2009年10月26日 优先权日2009年10月26日专利技术者常凌穎, 李婷, 杨建峰, 贺映红, 马小龙 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热红外成像系统，包括位于同光轴的镜头和探测器，所述探测器从靠近镜头的一侧起依次包括探测器窗口、冷光阑以及成像焦面，其特征在于：所述镜头由五个镜片组成，具体的从远离探测器的一侧起依次包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片以及第五镜片；所述第一镜片是由锗磨制而成的正光焦度的平面向物方的平凸镜；所述第二镜片是由锗磨制而成的正光焦度的弯向像方的弯月镜；所述第三镜片是由Ａｍｔｉｒ１磨制而成的负光焦度的双凹镜；所述第四镜片是由Ａｍｔｉｒ１磨制而成的负光焦度的弯向像方的弯月镜；所述第五镜片是由锗磨制而成的正光焦度的平面向像方的平凸镜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马小龙，杨建峰，李婷，贺映红，常凌穎，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]