專利名稱：一種中紅外成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種工作于中紅外波段的成像光學(xué)系統(tǒng)，具體地說，是一種物距為有限 遠(yuǎn)的、工作于中紅外波段的、物方遠(yuǎn)心的、具有100%冷光闌效率、畸變非常小的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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(gè)波段透過率較高，一 個(gè)是3微米到5微米，稱之為中紅外波段；另一個(gè)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(xué)系統(tǒng)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(biāo)特性來說，紅外輻射 由目標(biāo)自身輻射而出，是一種被動(dòng)成像系統(tǒng)；可見光則是由目標(biāo)反射其他光源(如太陽)的 輻射，屬于主動(dòng)成像系統(tǒng)；其次，紅外成像系統(tǒng)的探測器經(jīng)常需要制冷，并且探測器內(nèi)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(nèi)的冷光闌的作用是攔 掉視場外的雜散輻射。對于一個(gè)成像系統(tǒng)來說，大致可分為鏡頭和探測器兩個(gè)部分。就鏡頭而言，目前主 要問題還是鏡頭材料問題，表現(xiàn)為材料種類少；價(jià)格昂貴；材料折射率對溫度敏感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工作于中紅外波段的光學(xué)系統(tǒng)，是一種物距為有限遠(yuǎn) 的、物方遠(yuǎn)心的、具有100%冷光闌效率、畸變非常小的光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種中紅外成像系統(tǒng)，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(cè)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(gè)鏡片組成，具體的從遠(yuǎn)離探測器的一側(cè)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(gè)非變焦鏡頭來說，設(shè)計(jì)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(diào)，以調(diào)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(fù)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(fù)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(fā)明整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)由六個(gè)鏡片組成，其中四個(gè)硅鏡片，兩個(gè)鍺鏡片。工作時(shí)，物 面距第一面80mm，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)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(shè)計(jì)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(biāo)所發(fā)出的，系統(tǒng)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(tǒng)是理想的物方遠(yuǎn)心，并且畸變小于萬分之五，所以此系統(tǒng)非常適合 于將中紅外光纖傳像束轉(zhuǎn)換為電信號的耦合器件。此系統(tǒng)物方數(shù)值孔徑為0. 133，這是鏡頭 工作的條件，也是設(shè)計(jì)的給定條件，如果中紅外傳像束的光纖數(shù)值孔徑大于光學(xué)系統(tǒng)物方 數(shù)值孔徑，則系統(tǒng)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(gè)光學(xué)系統(tǒng)側(cè)視剖面圖；圖2是光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)曲線；圖3是光學(xué)系統(tǒng)像差曲線；圖4是光學(xué)系統(tǒng)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(biāo)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(shí)施例方式參見圖1，一種中紅外成像系統(tǒng)，包括位于同光軸的鏡頭8和探測器9，探測器9從 靠近鏡頭8的一側(cè)起依次包括探測器窗口、冷光闌7以及成像焦面，所述鏡頭8由六個(gè)鏡片 組成，具體的從遠(yuǎn)離探測器9的一側(cè)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、第五鏡片5以及第六鏡片6 ；對于一個(gè)非變焦鏡頭來說，設(shè)計(jì)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1、第二鏡片2、第三鏡片3以及第四鏡片4組成的前 組和由第五鏡片5以及第六鏡片6組成的后組之間的位置可以微調(diào)，以調(diào)整焦面位置；其中 第一鏡片1是正光焦度的彎向物方的彎月鏡；第二鏡片2是正光焦度的彎向像方的彎月鏡； 第三鏡片3是由鍺磨制而成的負(fù)光焦度的彎向物方的彎月鏡；第四鏡片4是正光焦度的彎 向像方的彎月鏡；第五鏡片5是由鍺磨制而成的負(fù)光焦度的彎向像方的彎月鏡；第六鏡片6 是正光焦度的彎向像方的彎月鏡；所述第二鏡片與第三鏡片相連在一起；其中第一鏡片1、 第二鏡片2、第四鏡片4以及第六鏡片6均是由硅磨制而成的鏡片；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(biāo)發(fā)出的光線經(jīng)第一鏡片1匯聚，第一鏡片1由硅磨制而成的正光焦度的彎向 物方的彎月鏡；光線進(jìn)入第二鏡片2后匯聚，第二鏡片2由硅磨制而成的正光焦度的彎向像 方的彎月鏡；光線進(jìn)入第三鏡片3后發(fā)散，第三鏡片3由鍺磨制而成的負(fù)光焦度的彎向物方 的彎月鏡；光線進(jìn)入第四鏡片4后匯聚，第四鏡片4由硅磨制而成的正光焦度的彎向像方的 彎月鏡；光線進(jìn)入第五鏡片5后發(fā)散，第五鏡片5由鍺磨制而成的負(fù)光焦度的彎向像方的彎4月鏡；光線進(jìn)入第六鏡片6后匯聚，第六鏡片6由硅磨制而成的正光焦度的彎向像方的彎月 鏡；最后光線經(jīng)探測器9窗口和冷光闌7聚焦于焦面。由于是具有100%冷光闌效率，這是由鏡頭設(shè)計(jì)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(biāo)所發(fā)出的，系統(tǒng)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(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)曲線、圖3是光學(xué) 系統(tǒng)像差曲線、圖4是光學(xué)系統(tǒng)球差曲線和畸變曲線。由于成像系統(tǒng)是理想的物方遠(yuǎn)心，并且畸變小于萬分之五，所以此系統(tǒng)非常適合 于將中紅外光纖傳像束轉(zhuǎn)換為電信號的耦合器件。此系統(tǒng)物方數(shù)值孔徑為0. 133，這是鏡頭 工作的條件，也是設(shè)計(jì)的給定條件，如果中紅外傳像束的光纖數(shù)值孔徑大于光學(xué)系統(tǒng)物方 數(shù)值孔徑，則系統(tǒng)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(quán)利要求
1.一種中紅外成像系統(tǒng)，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(cè)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六個(gè)鏡片組成，具體的從遠(yuǎn)離探測器的一側(cè)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； 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(fù)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(fù)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述中紅外成像系統(tǒng)，其特征在于所述第一鏡片、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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述中紅外成像系統(tǒng)，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。
全文摘要
一種中紅外成像系統(tǒng)，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(cè)起依次包括探測器窗口、冷光闌以及成像焦面，鏡頭由六個(gè)鏡片組成，具體的從遠(yuǎn)離探測器的一側(cè)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；第一鏡片是正光焦度的彎向物方的彎月鏡；第二鏡片是正光焦度的彎向像方的彎月鏡；第三鏡片是由鍺磨制而成的負(fù)光焦度的彎向物方的彎月鏡；第四鏡片是正光焦度的彎向像方的彎月鏡；第五鏡片是由鍺磨制而成的負(fù)光焦度的彎向像方的彎月鏡；第六鏡片是正光焦度的彎向像方的彎月鏡。本成像系統(tǒng)是理想的物方遠(yuǎn)心，并且畸變小于萬分之五，此系統(tǒng)非常適合于將中紅外光纖傳像束轉(zhuǎn)換為電信號的耦合器件。
文檔編號G02B27/00GK102043246SQ200910218528
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者常凌穎, 李婷, 楊建峰, 賀映紅, 馬小龍 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所