[发明专利]一种热红外成像系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案是：

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。

本发明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，经光学系统缩小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：1-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。