專(zhuān)利名稱(chēng)：手持式制冷熱像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及手持式制冷熱像儀，是一種具有紅外成像光學(xué)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(yuǎn)的特點(diǎn)，具有相當(dāng)大的應(yīng)用價(jià)值與前景。當(dāng)熱像儀的使用環(huán)境要求其具備小型 化、輕量化特點(diǎn)，對(duì)熱像儀的外型設(shè)計(jì)要求很高。但由于制冷紅外熱像儀必須采用制冷 探測(cè)器，該制冷探測(cè)器的較大尺寸制約了熱像儀的小型化、輕量化設(shè)計(jì)?，F(xiàn)廣泛采用的制冷探測(cè)器(一般為320X256)具有較大的長(zhǎng)度尺寸與高度尺寸， 而寬度尺寸相對(duì)較小。因此，如果光學(xué)系統(tǒng)采用常規(guī)光學(xué)與之配合使用，光學(xué)系統(tǒng)自身 具有一定的長(zhǎng)度與口徑，再加上制冷探測(cè)器的長(zhǎng)度與高度，則熱像儀整體的長(zhǎng)度與高度 將會(huì)很大，嚴(yán)重影響熱像儀的便攜性能，降低其實(shí)用性。在制冷型便攜(手持)式紅外熱像儀設(shè)計(jì)中，如采用常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)成像方式，會(huì) 存在以下主要缺陷1、熱像儀的整體長(zhǎng)度過(guò)大，制約其便攜性能。由于光學(xué)系統(tǒng)與制冷探測(cè)器都具 有一定的長(zhǎng)度，直接對(duì)接會(huì)導(dǎo)致熱像儀長(zhǎng)度較長(zhǎng)，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(huà)面比例成為矛盾。由于制冷探 測(cè)器在高度方向會(huì)有一個(gè)較大的制冷機(jī)，會(huì)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(cè)器沿光軸旋轉(zhuǎn)90°使制冷機(jī)平躺安置。但 由于制冷探測(cè)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(zhǎng)寬比顛倒，不符合一般人眼適宜的畫(huà)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(jì)上，為了克服上述缺陷，一般在光學(xué)系統(tǒng)中加入一個(gè)反射鏡片，將光路折轉(zhuǎn)90°，可 以減小熱像儀的長(zhǎng)度尺寸；同時(shí)制冷探測(cè)器的制冷機(jī)倒置安置，這樣就可以將熱像儀的 高度降低；而制冷探測(cè)器采用256X320像素的特制型號(hào)，可以避免畫(huà)面長(zhǎng)寬比例顛倒。 但這種特制256X320像素的制冷探測(cè)器價(jià)格昂貴。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，針對(duì)熱像儀外型尺寸與常規(guī)制 冷探測(cè)器的矛盾關(guān)系，本實(shí)用新型在光學(xué)系統(tǒng)中引入一組反射鏡組，進(jìn)行光路的多次折 轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)熱像儀內(nèi)部的合理布置設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒐鈱W(xué)系統(tǒng)與制冷探測(cè)器沿兩個(gè)方向分 別安置；而且制冷探測(cè)器能夠旋轉(zhuǎn)90°以降低熱像儀高度尺寸，同時(shí)成像畫(huà)面比例依然 保持43的人眼適宜畫(huà)面比例。本實(shí)用新型的技術(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(cè)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(guò) 兩次折轉(zhuǎn)后實(shí)現(xiàn)X-Y坐標(biāo)換為Y-X坐標(biāo)；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(guò)反射鏡組兩次折射后的 光路上，用于實(shí)現(xiàn)二次成像，將接收的能量成像于制冷探測(cè)器靶面上；制冷探測(cè)器沿光 軸旋轉(zhuǎn)90°，其靶面坐標(biāo)為Y-X關(guān)系與經(jīng)過(guò)反射鏡組兩次折轉(zhuǎn)后光路截面的Y-X坐標(biāo)保 持一致；所述的前組透鏡組和后組透鏡組是正焦距組元。進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述的手持式制冷熱像儀，其探測(cè)器制冷機(jī)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(shí)現(xiàn)制冷探測(cè)器的橫向即X軸方向布置，以及探測(cè)器制冷機(jī)的 平躺安置。本實(shí)用新型技術(shù)原理、突出的特點(diǎn)及顯著的有益效果是1、光學(xué)系統(tǒng)整體為二次成像形式，易于實(shí)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(shí)現(xiàn)。2、反射鏡組實(shí)現(xiàn)光路折轉(zhuǎn)與坐標(biāo)互換，形式精巧。兩片反射鏡片在空間上實(shí)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(biāo)互換，形式精巧。3、探測(cè)器制冷機(jī)平躺安置，有效減小熱像儀整體高度。由于反射鏡組實(shí)現(xiàn)了坐 標(biāo)互換，因此制冷探測(cè)器就可以旋轉(zhuǎn)90°而使制冷機(jī)平躺安置，同時(shí)保持4 3的畫(huà)面比 例。4、通過(guò)引入反射鏡組實(shí)現(xiàn)光路折轉(zhuǎn)，減小了熱像儀長(zhǎng)度尺寸。反射鏡組將系統(tǒng) 光路分別在兩個(gè)方向進(jìn)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(xué) 系統(tǒng)與制冷探測(cè)器沿兩個(gè)方向分別安置，有效減少了熱像儀整體的長(zhǎng)度尺寸。5、通過(guò)引入反射鏡組實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)互換，解決了降低熱像儀的整體高度與保持 4 3的成像畫(huà)面比例的矛盾。通過(guò)反射鏡片的空間配合使用，可以將光路實(shí)現(xiàn)折轉(zhuǎn)的同 時(shí)水平方向(坐標(biāo)X)與垂直方向(坐標(biāo)Y)實(shí)現(xiàn)互換。這樣，探測(cè)器沿光軸旋轉(zhuǎn)90°， 其靶面的XY坐標(biāo)同時(shí)互換，正好就與光路的坐標(biāo)互換保持一致，成像畫(huà)面比例依然能 夠保持4 3，而制冷機(jī)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(biāo)互換原理示意圖；圖3手持式制冷熱像儀光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖4手持式制冷熱像儀光學(xué)系統(tǒng)傳函圖；此傳函圖是代表光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì) 量，水平坐標(biāo)代表空間頻率，垂直坐標(biāo)代表系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)值，該值越大，代表光 學(xué)系統(tǒng)分辨率越高，系統(tǒng)像質(zhì)越優(yōu)良。圖中各標(biāo)記的名稱(chēng)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(cè)器；4.1-探測(cè)器制冷機(jī)。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明如下—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(cè)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(guò)兩次折轉(zhuǎn)后實(shí)現(xiàn)X-Y坐標(biāo)換為Y-X坐標(biāo)；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(guò)反射鏡組2兩次折射后的光路上，用于實(shí)現(xiàn)二次成像，將接收的能量成像于制冷 探測(cè)器4靶面上；制冷探測(cè)器4沿光軸旋轉(zhuǎn)90°，其靶面坐標(biāo)為Y-X關(guān)系與經(jīng)過(guò)反射鏡 組2兩次折轉(zhuǎn)后光路截面的Y-X坐標(biāo)保持一致。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(cè)器制冷機(jī)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(shí)現(xiàn)制冷探測(cè)器4的橫向即X軸方向布置，以及探測(cè)器 制冷機(jī)4.1的平躺安置。所述靶面坐標(biāo)為Y-X關(guān)系與經(jīng)過(guò)反射鏡組2兩次折轉(zhuǎn)后光路截 面的Y-X坐標(biāo)保持一致，即光學(xué)系統(tǒng)的坐標(biāo)關(guān)系與制冷探測(cè)器4的坐標(biāo)關(guān)系相對(duì)不變， 從而確保成像畫(huà)面保持適宜人眼的43比例。再進(jìn)一步說(shuō)明結(jié)構(gòu)及原理如下前組透鏡組主要承擔(dān)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(duì)前組構(gòu)成一定的放大倍率。二次 成像光學(xué)系統(tǒng)的主要作用是將目標(biāo)的輻射聚焦成像于制冷探測(cè)器靶面上，同時(shí)滿足制冷 探測(cè)器特有的100%冷光闌效應(yīng)。在設(shè)計(jì)上盡量減小系統(tǒng)長(zhǎng)度，以有利于熱像儀整體的小 型化，但同時(shí)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(cè)器根據(jù)光路的折轉(zhuǎn)方向與光路截面的坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)橫向布置，同時(shí)制冷探測(cè)器沿 光軸X軸旋轉(zhuǎn)90°，使其制冷機(jī)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(jì)與優(yōu)化，形成焦距為150_的紅外熱成 像光學(xué)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(cè)器分辨需求，成像結(jié)果能夠滿足使用需求。
權(quán)利要求1.一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(cè)器⑷；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(guò)兩次折轉(zhuǎn)后實(shí)現(xiàn)X-Y坐標(biāo)換為Y-X坐標(biāo)；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(guò)反射鏡組(2)兩次折射后的光路上，用于實(shí)現(xiàn)二次成像， 將接收的能量成像于制冷探測(cè)器(4)靶面上；制冷探測(cè)器(4)沿光軸旋轉(zhuǎn)90°，其靶面 坐標(biāo)為Y-X關(guān)系與經(jīng)過(guò)反射鏡組(2)兩次折轉(zhuǎn)后光路截面的Y-X坐標(biāo)保持一致；所述前 組透鏡組(1)和后組透鏡組(3)是正焦距組元。
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°。
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(shí)現(xiàn)制冷探測(cè)器(4)的橫向 即X軸方向布置，以及探測(cè)器制冷機(jī)(4.1)的平躺安置。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及手持式制冷熱像儀，包括前組透鏡組，反射鏡組，后組透鏡組，制冷探測(cè)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(guò)兩次折轉(zhuǎn)后實(shí)現(xiàn)X-Y坐標(biāo)換為Y-X坐標(biāo)；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(guò)反射鏡組兩次折射后的光路上，用于實(shí)現(xiàn)二次成像，將接收的能量成像于制冷探測(cè)器靶面上；制冷探測(cè)器沿光軸旋轉(zhuǎn)90°，其靶面坐標(biāo)為Y-X關(guān)系與經(jīng)過(guò)反射鏡組兩次折轉(zhuǎn)后光路截面的Y-X坐標(biāo)保持一致；前組透鏡組和后組透鏡組是正焦距組元。本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是有效減小熱像儀整體高度，同時(shí)成像畫(huà)面比例依然保持4∶3的人眼適宜畫(huà)面比例；透鏡均采用常規(guī)紅外材料，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01J5/08GK201803798SQ20102020950
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)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(xué)鵬, 李勇, 楊長(zhǎng)城, 耿安兵, 郭良賢 申請(qǐng)人:湖北久之洋紅外系統(tǒng)有限公司