專利名稱：一種熱紅外成像系統的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種工作于熱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、工作于熱紅外波段的、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。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種工作于熱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。 本實用新型的技術方案是 —種熱紅外成像系統，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 所述鏡頭由五個鏡片組成，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、第四鏡片以及第五鏡片； 所述第一鏡片是由鍺磨制而成的正光焦度的平面向物方的平凸鏡； 所述第二鏡片是由鍺磨制而成的正光焦度的彎向像方的彎月鏡； 所述第三鏡片是由Amtirl磨制而成的負光焦度的雙凹鏡； 所述第四鏡片是由Amtirl磨制而成的負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正光焦度的平面向像方的平凸鏡。 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。 本實用新型整個光學系統由五個鏡片組成，其中三個鍺鏡片，兩個Amtirl鏡片，
其中Amtirl鏡片是一種鍺玻璃鏡片的混合體，德國代號為IG2，Amtirl為美國代號，它是一
種用于熱紅外波段的玻璃。工作時，物面距第一鏡片的入射面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 于將熱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，如果熱紅 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。

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l-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-冷光闌，7-鏡頭，8-探測器。
具體實施方式參見圖1， 一種熱紅外成像系統，包括位于同光軸的鏡頭7和探測器8，探測器8從 靠近鏡頭7的一側起依次包括探測器8窗口、冷光闌6以及成像焦面，鏡頭7由五個鏡片組 成，具體的從遠離探測器8的一側起依次包括第一鏡片1、第二鏡片2、第三鏡片3、第四鏡片 4以及第五鏡片5 ;第一鏡片1是由鍺磨制而成的正光焦度的平面向物方的平凸鏡；第二鏡 片2是由鍺磨制而成的正光焦度的彎向像方的彎月鏡；第三鏡片3是由Amtirl磨制而成的 負光焦度的雙凹鏡；第四鏡片4是由Amtirl磨制而成的負光焦度的彎向像方的彎月鏡；第 五鏡片5是由鍺磨制而成的正光焦度的平面向像方的平凸鏡；第二鏡片2與第三鏡片3相 連在一起；第一鏡片1的入射面距離物面80mm，其在焦平面成0. 6倍的像。 目標發出的光線經第一鏡片1匯聚，第一鏡片1由鍺磨制而成的正光焦度的平面 向物方的平凸鏡；光線進入第二鏡片2后匯聚，第二鏡片2由鍺磨制而成的正光焦度的彎向 像方的彎月鏡；光線進入第三鏡片3后發散，第三鏡片3由Amtirl磨制而成的負光焦度的 雙凹鏡；光線進入第四鏡片4后發散，第四鏡片4由Amtirl磨制而成的負光焦度的彎向像 方的彎月鏡；光線進入第五鏡片5后匯聚，第五鏡片5由鍺磨制而成的正光焦度的平面向像 方的平凸鏡；最后光線經探測器8窗口和冷光闌6聚焦于焦面。 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。其效果可參見圖2 4，其中圖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。 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 于將熱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，如果熱紅 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。
權利要求一種熱紅外成像系統，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，其特征在于所述鏡頭由五個鏡片組成，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、第四鏡片以及第五鏡片；所述第一鏡片是由鍺磨制而成的正光焦度的平面向物方的平凸鏡；所述第二鏡片是由鍺磨制而成的正光焦度的彎向像方的彎月鏡；所述第三鏡片是由Amtir1磨制而成的負光焦度的雙凹鏡；所述第四鏡片是由Amtir1磨制而成的負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正光焦度的平面向像方的平凸鏡。
2. 根據權利要求1所述熱紅外成像系統，其特征在于所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。
專利摘要一種熱紅外成像系統，包括位于同光軸的鏡頭和探測器，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，鏡頭依次包括第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片以及第五鏡片；其中第一鏡片是由鍺磨制而成的正光焦度的平面向物方的平凸鏡；第二鏡片是由鍺磨制而成的正光焦度的彎向像方的彎月鏡；第三鏡片是由Amtir1磨制而成的負光焦度的雙凹鏡；第四鏡片是由Amtir1磨制而成的負光焦度的彎向像方的彎月鏡；第五鏡片是由鍺磨制而成的正光焦度的平面向像方的平凸鏡。本成像系統是理想的物方遠心，并且畸變小于萬分之五，此系統非常適合于將熱紅外光纖傳像束轉換為電信號的耦合器件。
文檔編號G02B1/00GK201548753SQ20092024489
公開日2010年8月11日 申請日期2009年10月26日 優先權日2009年10月26日
發明者常凌穎, 李婷, 楊建峰, 賀映紅, 馬小龍 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所