[發明專利]一種新型紅外焦平面陣列成像光學系統

無效

• 申請號: 201210006686.6
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102589709A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 趙躍進;褚旭紅;董立泉;劉小華;于曉梅;惠梅;武紅;龔誠
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01J5/08
• 分類號: G01J5/08;G02B7/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種非制冷紅外焦平面陣列成像系統的讀出光路系統，尤其是利用一種結合棱鏡和非球面的異型棱鏡結構，整合光學系統中光學零件的功能，優化讀出光路結構，使系統性能得到進一步提升，而體積、重量都大大減小。

背景技術

基于MOEMS技術的光讀出式微懸臂梁焦平面陣列(Focal?Plane?Array，FPA)熱成像系統，是實現紅外光——熱機械變形——照射可見光的反射光強變化——還原圖像的過程。理論上來講，光讀出紅外焦平面陣列成像系統的NETD可以遠遠優于電讀出紅外焦平面陣列成像系統，但是就目前國內外技術資料來看，光讀出紅外焦平面陣列成像系統遠遠未達到預期的成像效果。研究光讀出FPA紅外成像系統光路的成像原理可以看出，影響系統靈敏度、穩定性、可靠性、體積與重量的因素很多，其原因有兩個方面：一方面是系統整體設計水平，另一方面是工藝、器件性能的制約。

深入研究紅外焦平面陣列成像系統讀出光路特性，進一步優化讀出光路、提高讀出光路得性能，是紅外焦平面陣列成像系統的重要研究方向。自1996年，Oak?Ridge?National?Lab的Thomas?Thundat等人用實驗驗證了雙材料微懸臂梁用于紅外探測器的可行性以來，世界各國的研究機構陸續發表了關于光讀出紅外焦平面陣列成像系統的研究成果，許多實驗室可以獲得較清晰的人體的熱圖像。一般的紅外焦平面陣列成像系統光學讀出系統如圖1所示，其主要由光源1、照明鏡頭組2、分光棱鏡3、紅外焦平面陣列器件4、傅立葉變換鏡頭組5、濾波器6、成像鏡頭7組成。這樣的系統光學零件數量較多，必然會使系統體積、重量都比較大，并且系統加工、裝配的難度也相對較大。針對上述問題，本文提出一種新型紅外焦平面陣列成像光學系統，該系統將照明鏡頭組、分光棱鏡、傅立葉鏡頭組整合為一個異型棱鏡，減少了系統中光學零件的數目，從而使系統的體積、重量、加工裝調難度大大降低，同時，利用非球面技術，也使系統的性能得到了進一步提升。

發明內容

本發明的目的是針對非制冷紅外焦平面陣列成像系統光學系統結構復雜，零件數量多、體積大、重量大，不利于工程應用推廣的問題，提供一種優化整合以后的非制冷紅外焦平面陣列成像系統光學讀出系統。該系統通過利用一種結合棱鏡和非球面的異型棱鏡結構，整合光學系統中光學零件的功能，優化讀出光路結構，使系統性能得到進一步提升，而體積、重量都大大減小。

本發明的目的是由以下技術方案來實現：

①本發明的新型紅外焦平面陣列成像系統讀出光路，包含光源、異型棱鏡、濾波器、成像鏡頭。

②該系統的成像過程是：從光源1發出的發散光，進入到異型棱鏡2，被異型棱鏡2的表面a會聚后，被異型棱鏡2的膠合面e分成兩束，一束經過異型棱鏡2的表面b準直射出，平行照亮非制紅外焦平面陣列3，另一束經異型棱鏡2的表面c射出光學讀出系統；平行照亮非制冷紅外焦平面陣列3的光束被帶有紅外圖像信息的非制冷紅外焦平面陣列3反射后，再次經過異型棱鏡2的表面b并被會聚，會聚光穿過異型棱鏡2的膠合面e后，經異型棱鏡2的表面d會聚出射，聚焦于濾波器4；經過濾波以后的光被透鏡5聚焦成像于像面6。

③該系統的特點是：照明和傅立葉變換由一個異型棱鏡2獨立完成，大大減少了光學元件的數量，從而使系統體積、重量都大大降低；并且自照明至濾波的光路，結構完全對稱，自焦平面陣列3至像面的光路，也屬于對稱結構，結合非球面的運用，對系統像差進行進一步修正，可以使系統性能得到進一步提升。

有益效果

采用本發明可以實現對紅外焦平面陣列成像系統光學讀出系統的優化整合，采用的棱鏡和非球面相結合的異型棱鏡結構，整合了光學系統中光學零件的功能，優化了讀出光路結構。較之早前的非制冷紅外焦平面成像系統讀出光路，在同等條件下，其成像性能可以有進一步提高，并且體積、重量大大降低。

附圖說明

圖1是一般的非制冷紅外焦平面成像光學系統示意圖；

其中，附圖標記說明如下：圖中1.光源；2.準直鏡組；3.分光棱鏡；4.紅外焦平面陣列；5.傅立葉鏡頭組；6.濾波器；7.成像鏡頭組；8.像面。

圖2是本發明的新型紅外焦平面陣列成像系統讀出光路示意圖；

其中，附圖標記說明如下：圖中1.光源；2.異型棱鏡；3.紅外焦平面陣列；4.濾波器；5.成像鏡頭；6.像面。

具體實施方式

下面將詳細描述本發明的具體實施例。

1.系統組成