[发明专利]一种红外热成像光学系统及其应用

说明书

本发明提供一种红外热成像光学系统，沿光轴从物面到像平面，依次包括弯月形负光焦度透镜L1、双凸正光焦度透镜L2、光阑S、双凹负光焦度透镜L3以及双凸正光焦度透镜L4；所述弯月形负光焦度透镜L1对轴外主光线的角放大率倒数1/γ满足：1.5≤1/γ≤2.4。本发明还提供一种红外热成像光学系统在医学领域的应用。本发明红外热成像光学系统实现了大相对孔径、大视场以及高照度均匀性的光学系统设计，既具备高空间分辨率成像能力，又实现低噪声等效温差以及成像视野大的能力，可满足红外热成像设备对高性能红外光学系统的测温需求，有利于在医用技术中广泛应用及推广。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地说，涉及一种红外热成像光学系统及其应用。

背景技术

在医学领域，通过红外热成像技术采集人体表层的热辐射信号，精确测量人体各区域的温度场分布，用于人体健康检查及病理诊断，正在成为一种新维度的辅助诊断方法。在西医领域，将红外热成像技术应用于人体健康检查、疾病的生理与病理反应研究。比如美国的临床研究报告中指出，红外热成像诊断技术检测肿瘤的时间比CT早6～12月。红外热成像诊断法与传统影像诊断法之间具有密切的相关性,结合临床症状而作出的诊断准确率能高达93％以上。在中医领域，通过红外采集设备获得人体组织代谢、气血运行等功能变化中红外辐射强弱信号，通过计算机处理后，以不同颜色表达成像，即人体体表温度分布图像。红外成像能显示出人体能量代谢状态，这种影像检查方法具有客观、准确、对人体无损伤，可重复操作等优点。通过对人体各部位的寒热偏离的分析，实现人体“寒、热、虚、实、脏腑、经络”等信息的数字化图像表达，被称为“中医第5诊”、“中医热CT”，为中医诊断及健康辨识提供多维可视化信息。

随着人类生活水平的提高，对健康的更加关注，红外热成像技术可以起到早期预防与早期发现的作用，在医学健康检查与病理诊断方面发挥着越来重要的作用。长波红外光学系统是实现对人体热辐射精确测量与成像的核心组件，其性能的优劣是红外热成像系统实现人体温度精确测量的关键。针对人体体表温度测量的红外光学系统具有其特殊性，比如需要实现高的温度分辨率测量，光学系统需要实现大相对孔径以提高设备的测温灵敏度；也需要实现对人体位置的精细辨识，以判别病理或生理发生的具体区域，光学系统需要实现高物理分辨率；此外，为方便对人体全身温度场信息收集，光学系统应在近距离对人体实现全身范围的成像，可以避免扫描拼接引起的设备复杂度高及开发成本昂贵的问题，要求光学系统具备大视场成像的功能。当前红外热成像系统温度分辨率或空间分辨率不高，主要受限于光学系统的技术开发不足，难以实现人体全身温度场的精细测量与辨识，不利于深入研究人体热分布与健康的关联机理，以及建立精细辨识的物理模型。

红外热成像技术在医学领域有极大的发展空间及广阔的发展前景。红外热成像设备通过测量温度差异性实现人体热结构的精细分析，以及受应用环境的限制，采用的红外热成像光学系统不同于通常所用的红外光学系统。它对光学系统的要求较高，既要具备高空间分辨率成像能力，又要实现低噪声等效温差以及成像视野大的能力。目前热成像设备中的红外光学系统难以兼具上述要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种红外热成像光学系统及其应用，该红外热成像光学系统实现了大相对孔径、大视场以及高照度均匀性的光学系统设计，既具备高空间分辨率成像能力，又实现低噪声等效温差以及成像视野大的能力，可满足红外热成像设备对高性能红外光学系统的测温需求，有利于在医用技术中广泛应用及推广。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种红外热成像光学系统，其特征在于：沿光轴从物面到像平面，依次包括弯月形负光焦度透镜L1、双凸正光焦度透镜L2、光阑S、双凹负光焦度透镜L3以及双凸正光焦度透镜L4；

所述弯月形负光焦度透镜L1对轴外主光线的角放大率倒数1/γ满足：

1.5≤1/γ≤2.4。