專利名稱：一種手持式制冷熱像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種手持式制冷熱像儀，是一種具有紅外成像光學系統(tǒng)的手持式制冷 熱像儀。
背景技術(shù)：
制冷型便攜(手持)式紅外熱像儀，與非制冷熱像儀相比較，具有分辨率高、作用 距離遠的特點，具有相當大的應(yīng)用價值與前景。當熱像儀的使用環(huán)境要求其具備小型化、輕 量化特點，對熱像儀的外型設(shè)計要求很高。但由于制冷紅外熱像儀必須采用制冷探測器，該 制冷探測器的較大尺寸制約了熱像儀的小型化、輕量化設(shè)計?，F(xiàn)廣泛采用的制冷探測器(一般為320X256)具有較大的長度尺寸與高度尺寸， 而寬度尺寸相對較小。因此，如果光學系統(tǒng)采用常規(guī)光學與之配合使用，光學系統(tǒng)自身具有 一定的長度與口徑，再加上制冷探測器的長度與高度，則熱像儀整體的長度與高度將會很 大，嚴重影響熱像儀的便攜性能，降低其實用性。在制冷型便攜(手持)式紅外熱像儀設(shè)計中，如采用常規(guī)光學系統(tǒng)成像方式，會存 在以下主要缺陷1、熱像儀的整體長度過大，制約其便攜性能。由于光學系統(tǒng)與制冷探測器都具有 一定的長度，直接對接會導致熱像儀長度較長，這就直接影響熱像儀的便攜性能。2、降低熱像儀的整體高度與保持4 3的成像畫面比例成為矛盾。由于制冷探 測器在高度方向會有一個較大的制冷機，會直接加大熱像儀的高度尺寸，不適合手持，如要 降低熱像儀整體高度，就需要將制冷探測器沿光軸旋轉(zhuǎn)90°使制冷機平躺安置。但由于制 冷探測器靶面為320X256像素組合，旋轉(zhuǎn)后就成為256X320，這樣成像的圖像幅面也就是 3 4的比例，長寬比顛倒，不符合一般人眼適宜的畫面比例(4 3)。目前，現(xiàn)有技術(shù)在手持式制冷熱像儀、即制冷型便攜(手持)式紅外熱像儀的設(shè)計 上，為了克服上述缺陷，一般在光學系統(tǒng)中加入一個反射鏡片，將光路折轉(zhuǎn)90°，可以減小 熱像儀的長度尺寸；同時制冷探測器的制冷機倒置安置，這樣就可以將熱像儀的高度降低； 而制冷探測器采用256X320像素的特制型號，可以避免畫面長寬比例顛倒。但這種特制 256X320像素的制冷探測器價格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，針對熱像儀外型尺寸與常規(guī)制冷探測 器的矛盾關(guān)系，本發(fā)明在光學系統(tǒng)中引入一組反射鏡組，進行光路的多次折轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)熱 像儀內(nèi)部的合理布置設(shè)計，能夠?qū)⒐鈱W系統(tǒng)與制冷探測器沿兩個方向分別安置；而且制冷 探測器能夠旋轉(zhuǎn)90°以降低熱像儀高度尺寸，同時成像畫面比例依然保持4 3的人眼適 宜畫面比例。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種手持式制冷熱像儀，其特征在于，包括前組透鏡組，反射鏡組，后組透鏡組，制冷探測器；所述的反射鏡組包括第一反射鏡片和第二反射鏡片，用于使光路經(jīng)過兩次折轉(zhuǎn) 后實現(xiàn)X-Y坐標換為Y-X坐標；所述的前組透鏡組的一次成像面在反射鏡組的第一反射鏡 片和第二反射鏡片之間；所述的后組透鏡組位于經(jīng)過反射鏡組兩次折射后的光路上，用于 實現(xiàn)二次成像，將接收的能量成像于制冷探測器靶面上；制冷探測器沿光軸旋轉(zhuǎn)90°，其 靶面坐標為Y-X關(guān)系與經(jīng)過反射鏡組兩次折轉(zhuǎn)后光路截面的Y-X坐標保持一致。進一步的技術(shù)方案是所述的手持式制冷熱像儀，其前組透鏡組和后組透鏡組，其透鏡材料為單晶硅，或
/和單晶鍺。所述的手持式制冷熱像儀，其前組透鏡組和后組透鏡組是正焦距組元。所述的手持式制冷熱像儀，其探測器制冷機平躺安置；所述第一反射鏡片繞X軸 旋轉(zhuǎn)45°安置，使光線從Z軸向Y軸折轉(zhuǎn)90°。所述的手持式制冷熱像儀，其第二反射鏡片繞Z軸旋轉(zhuǎn)45°安置，使光線從Y軸 向X軸折轉(zhuǎn)90°，用于實現(xiàn)制冷探測器的橫向即X軸方向布置，以及探測器制冷機的平躺安置。本發(fā)明技術(shù)原理、突出的特點及顯著的有益效果是1、光學系統(tǒng)整體為二次成像形式，易于實現(xiàn)。前組透鏡組與后組透鏡組組成制冷 型紅外系統(tǒng)常用的二次成像結(jié)構(gòu)形式，透鏡均采用常規(guī)紅外材料，易于實現(xiàn)。2、反射鏡組實現(xiàn)光路折轉(zhuǎn)與坐標互換，形式精巧。兩片反射鏡片在空間上實現(xiàn)光 路不同方向的折轉(zhuǎn)，最終完成了光路折轉(zhuǎn)與坐標互換，形式精巧。3、探測器制冷機平躺安置，有效減小熱像儀整體高度。由于反射鏡組實現(xiàn)了坐標 互換，因此制冷探測器就可以旋轉(zhuǎn)90°而使制冷機平躺安置，同時保持4 3的畫面比例。4、通過引入反射鏡組實現(xiàn)光路折轉(zhuǎn)，減小了熱像儀長度尺寸。反射鏡組將系統(tǒng)光 路分別在兩個方向進行折轉(zhuǎn)，最終出射光路與入射光路成90°夾角，從而能夠?qū)⒐鈱W系統(tǒng) 與制冷探測器沿兩個方向分別安置，有效減少了熱像儀整體的長度尺寸。5、通過引入反射鏡組實現(xiàn)坐標互換，解決了降低熱像儀的整體高度與保持4 3 的成像畫面比例的矛盾。通過反射鏡片的空間配合使用，可以將光路實現(xiàn)折轉(zhuǎn)的同時水平 方向(坐標X)與垂直方向(坐標Y)實現(xiàn)互換。這樣，探測器沿光軸旋轉(zhuǎn)90°，其靶面的 XY坐標同時互換，正好就與光路的坐標互換保持一致，成像畫面比例依然能夠保持4 3， 而制冷機平躺安置就有利于熱像儀整體高度的降低，從而巧妙解決了這一矛盾。


圖1手持式制冷熱像儀示意圖；圖2反射鏡組合坐標互換原理示意圖；圖3手持式制冷熱像儀光學系統(tǒng)示意圖；圖4手持式制冷熱像儀光學系統(tǒng)傳函圖；此傳函圖是代表光學系統(tǒng)的成像質(zhì)量， 水平坐標代表空間頻率，垂直坐標代表系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)值，該值越大，代表光學系統(tǒng)分 辨率越高，系統(tǒng)像質(zhì)越優(yōu)良。圖中各標記的名稱如下1-前組透鏡組；2-反射鏡組；2. 1-第一反射鏡片；2. 2_第 二反射鏡片；3_后組透鏡組；4-制冷探測器；4. 1-探測器制冷機。
具體實施例方式結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明如下一種手持式制冷熱像儀，其特征在于，包括前組透鏡組1，反射鏡組2，后組透鏡組3，制冷探測器4 ；所述的反射鏡組2包括第一反射鏡片2. 1和第二反射鏡片2. 2，用于使光 路經(jīng)過兩次折轉(zhuǎn)后實現(xiàn)X-Y坐標換為Y-X坐標；所述的前組透鏡組1的一次成像面在反射 鏡組2的第一反射鏡片2. 1和第二反射鏡片2. 2之間；所述的后組透鏡組3位于經(jīng)過反射鏡 組2兩次折射后的光路上，用于實現(xiàn)二次成像，將接收的能量成像于制冷探測器4靶面上； 制冷探測器4沿光軸旋轉(zhuǎn)90°，其靶面坐標為Y-X關(guān)系與經(jīng)過反射鏡組2兩次折轉(zhuǎn)后光路 截面的Y-X坐標保持一致。所述前組透鏡組1和后組透鏡組3，其透鏡材料為單晶硅，該透 鏡材料若選為單晶鍺，則又是一種實施例。所述前組透鏡組1和后組透鏡組3是正焦距組 元。所述探測器制冷機4.1平躺安置；所述第一反射鏡片2.1繞X軸旋轉(zhuǎn)45°安置，使光 線從Z軸向Y軸折轉(zhuǎn)90°。所述第二反射鏡片2. 2繞Z軸旋轉(zhuǎn)45°安置，使光線從Y軸向 X軸折轉(zhuǎn)90°，用于實現(xiàn)制冷探測器4的橫向即X軸方向布置，以及探測器制冷機4. 1的平 躺安置。所述靶面坐標為Y-X關(guān)系與經(jīng)過反射鏡組2兩次折轉(zhuǎn)后光路截面的Y-X坐標保持 一致，即光學系統(tǒng)的坐標關(guān)系與制冷探測器4的坐標關(guān)系相對不變，從而確保成像畫面保 持適宜人眼的43比例。再進一步說明結(jié)構(gòu)及原理如下前組透鏡組主要承擔系統(tǒng)的聚焦任務(wù)并成一次 像，后組透鏡組形成二次成像，縮小系統(tǒng)的口徑，并對前組構(gòu)成一定的放大倍率。二次成像 光學系統(tǒng)的主要作用是將目標的輻射聚焦成像于制冷探測器靶面上，同時滿足制冷探測器 特有的100%冷光闌效應(yīng)。在設(shè)計上盡量減小系統(tǒng)長度，以有利于熱像儀整體的小型化，但 同時要控制前組透鏡組與后組透鏡組的間隔，留出反射鏡組的布置空間。制冷探測器根據(jù) 光路的折轉(zhuǎn)方向與光路截面的坐標變換，實現(xiàn)橫向布置，同時制冷探測器沿光軸X軸旋轉(zhuǎn) 90°，使其制冷機平躺安置，從而有利于熱像儀整體高度的降低。最終前組透鏡組、后組透 鏡組、反射鏡組各部分的設(shè)計與優(yōu)化，形成焦距為150mm的紅外熱成像光學系統(tǒng)。整體系統(tǒng) 為二次成像形式，滿足制冷型紅外系統(tǒng)100%冷光闌效應(yīng)。系統(tǒng)傳函優(yōu)良，滿足制冷探測器 分辨需求，成像結(jié)果能夠滿足使用需求。
權(quán)利要求
一種手持式制冷熱像儀，其特征在于，包括前組透鏡組(1)，反射鏡組(2)，后組透鏡組(3)，制冷探測器(4)；所述的反射鏡組(2)包括第一反射鏡片(2.1)和第二反射鏡片(2.2)，用于使光路經(jīng)過兩次折轉(zhuǎn)后實現(xiàn)X-Y坐標換為Y-X坐標；所述的前組透鏡組(1)的一次成像面在反射鏡組(2)的第一反射鏡片(2.1)和第二反射鏡片(2.2)之間；所述的后組透鏡組(3)位于經(jīng)過反射鏡組(2)兩次折射后的光路上，用于實現(xiàn)二次成像，將接收的能量成像于制冷探測器(4)靶面上；制冷探測器(4)沿光軸旋轉(zhuǎn)90°，其靶面坐標為Y-X關(guān)系與經(jīng)過反射鏡組(2)兩次折轉(zhuǎn)后光路截面的Y-X坐標保持一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式制冷熱像儀，其特征在于，所述前組透鏡組(1)和后組 透鏡組(3)，其透鏡材料為單晶硅，或/和單晶鍺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式制冷熱像儀，其特征在于，所述前組透鏡組(1)和后組 透鏡組(3)是正焦距組元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式制冷熱像儀，其特征在于，所述探測器制冷機(4.1)平 躺安置；所述第一反射鏡片(2.1)繞X軸旋轉(zhuǎn)45°安置，使光線從Z軸向Y軸折轉(zhuǎn)90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式制冷熱像儀，其特征在于，所述第二反射鏡片(2.2)繞 Z軸旋轉(zhuǎn)45°安置，使光線從Y軸向X軸折轉(zhuǎn)90°，用于實現(xiàn)制冷探測器(4)的橫向即X軸 方向布置，以及探測器制冷機(4. 1)的平躺安置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種手持式制冷熱像儀，是一種具有紅外成像光學系統(tǒng)的手持式制冷熱像儀。包括前組透鏡組，反射鏡組，后組透鏡組，制冷探測器；反射鏡組包括第一反射鏡片和第二反射鏡片，用于使光路經(jīng)過兩次折轉(zhuǎn)后實現(xiàn)X-Y坐標換為Y-X坐標；前組透鏡組的一次成像面在反射鏡組的第一反射鏡片和第二反射鏡片之間；組透鏡組位于經(jīng)過反射鏡組兩次折射后的光路上，用于實現(xiàn)二次成像，將接收的能量成像于制冷探測器靶面上；制冷探測器沿光軸旋轉(zhuǎn)90°，其靶面坐標為Y-X關(guān)系與經(jīng)過反射鏡組兩次折轉(zhuǎn)后光路截面的Y-X坐標保持一致。本發(fā)明優(yōu)點是有效減小熱像儀整體高度，同時成像畫面比例依然保持4∶3的人眼適宜畫面比例；透鏡均采用常規(guī)紅外材料，易于實現(xiàn)。
文檔編號G01J5/02GK101846554SQ20101018753
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者吳學鵬, 李勇, 楊長城, 耿安兵, 郭良賢 申請人:湖北久之洋紅外系統(tǒng)有限公司