[發明專利]一種中紅外成像系統

有效

• 申請號: 200910218528.5
• 申請日: 2009-10-26
• 公開（公告）號: CN102043246A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 馬小龍;楊建峰;李婷;賀映紅;常凌穎
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B1/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 康凱

技術領域

本發明是一種工作于中紅外波段的成像光學系統，具體地說，是一種物距為有限遠的、工作于中紅外波段的、物方遠心的、具有100％冷光闌效率、畸變非常小的光學系統。

背景技術

廣義上講，波長從0.9微米到1000微米電磁輻射都可稱之為紅外輻射。大氣對于不同波段的紅外輻射透過率是不同的，一般說來對于紅外輻射有兩個波段透過率較高，一個是3微米到5微米，稱之為中紅外波段；另一個是8微米到12微米，稱之為熱紅外波段。

同可見光輻射一樣，紅外輻射也是一種電磁波，只不過波長更長一些。紅外輻射也同樣遵守反射定律和折射定律，因此同樣可以像可見光一樣通過光學系統成像。

紅外成像同可見光成像也有許多明顯不同之處。首先從目標特性來說，紅外輻射由目標自身輻射而出，是一種被動成像系統；可見光則是由目標反射其他光源(如太陽)的輻射，屬于主動成像系統；其次，紅外成像系統的探測器經常需要制冷，并且探測器內置冷光闌。探器制冷可以大大降低暗電流，提高探測器靈敏度。探測器內的冷光闌的作用是攔掉視場外的雜散輻射。

對于一個成像系統來說，大致可分為鏡頭和探測器兩個部分。就鏡頭而言，目前主要問題還是鏡頭材料問題，表現為：材料種類少；價格昂貴；材料折射率對溫度敏感。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工作于中紅外波段的光學系統，是一種物距為有限遠的、物方遠心的、具有100％冷光闌效率、畸變非常小的光學系統。

本發明的技術方案是：

一種中紅外成像系統，包括位于同光軸的鏡頭和探測器，所述探測器從靠近鏡頭的一側起依次包括探測器窗口、冷光闌以及成像焦面，

其特殊之處在于：

所述鏡頭由六個鏡片組成，具體的從遠離探測器的一側起依次包括第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片、第五鏡片以及第六鏡片；對于一個非變焦鏡頭來說，設計完成后各鏡片位置一般是固定的，對于本方案來說，由第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片以及第四鏡片組成的前組和由第五鏡片以及第六鏡片組成的后組之間的位置可以微調，以調整焦面位置；

所述第一鏡片是正光焦度的彎向物方的彎月鏡；

所述第二鏡片是正光焦度的彎向像方的彎月鏡；

所述第三鏡片是由鍺磨制而成的負光焦度的彎向物方的彎月鏡；

所述第四鏡片是正光焦度的彎向像方的彎月鏡；

所述第五鏡片是由鍺磨制而成的負光焦度的彎向像方的彎月鏡；

所述第六鏡片是正光焦度的彎向像方的彎月鏡。

上述第一鏡片、第二鏡片、第四鏡片以及第六鏡片均是由硅磨制而成的鏡片。

上述第一鏡片的入射面距離物面80mm，其在焦平面成0.6倍的像。

本發明整個光學系統由六個鏡片組成，其中四個硅鏡片，兩個鍺鏡片。工作時，物面距第一面80mm，經光學系統縮小0.6倍呈于焦平面。

由于是具有100％冷光闌效率，這是由鏡頭設計決定的，所謂100％冷光闌效率是指所有聚焦于焦面的光都是目標所發出的，系統完全去除背景的雜散輻射，從而可以大大提高圖像對比度。

由于成像系統是理想的物方遠心，并且畸變小于萬分之五，所以此系統非常適合于將中紅外光纖傳像束轉換為電信號的耦合器件。此系統物方數值孔徑為0.133，這是鏡頭工作的條件，也是設計的給定條件，如果中紅外傳像束的光纖數值孔徑大于光學系統物方數值孔徑，則系統接受到信號完全是傳像束的信號，由此可以大大提高信號耦合的效率。

附圖說明

圖1是整個光學系統側視剖面圖；

圖2是光學系統傳遞函數曲線；

圖3是光學系統像差曲線；

圖4是光學系統球差曲線和畸變曲線；

其中a表示球差曲線、b表示畸變曲線。

附圖標號說明：1-第一鏡片，2-第二鏡片，3-第三鏡片，4-第四鏡片，5-第五鏡片，6-第六鏡片，7-冷光闌，8-鏡頭，9-探測器。

具體實施方式