CN103984095B - 一种具有弯曲窗口的红外成像系统 - Google Patents
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Abstract
一种具有弯曲窗口的红外成像系统，属于光学技术领域。所述红外成像系统包括景象生成器、窗口和真空室三个主要部分，景象生成器位于真空室的后部，窗口位于真空室的前部，所述窗口的两个表面设置为弯曲表面，并且两个表面共心设计，圆心位于背离景象生成器一侧。本发明将平行平板窗口改为共心弯曲表面设计可以显著减小一次反射对景象生成器（及电阻阵列）的影响，而对系统整体结构以及成像质量没有明显影响，而且共心的弯曲表面设计便于系统的配准，简化装调的难度，窗口弯曲的曲率和景象生成器到窗口距离的共同协调可以最大限度抑制景象生成器的内部杂散光。
Description
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种红外波段成像光学系统。
背景技术
随着探测制导技术不断的发展，各种新型探测器应运而生，对探测器性能指标的检测也成为关注的焦点。在探测器生产检测的末期，由于半实物仿真技术具有高仿真度、制作周期短等特点，半实物仿真技术在近些年也在快速发展。红外成像系统作为半实物仿真中的关键技术，在仿真成像中起到了重要的作用，也得到了各国学者的高度重视。一般的红外成像系统主要包括：控制系统、景象生成器、光学投影系统三个主要部分。
在现有的红外成像系统中主要以模拟红外目标景象为主，成像质量的好坏是评价一个成像系统的主要性能指标。在成像过程中，杂散光对成像质量的影响所占比重最大。在红外目标模拟器中，杂散光的主要来源是透镜、窗口等内部的多次反射。光源芯片作为景象生成器，离景象生成器最近的透光器件是真空室内的封装窗口，窗口表面对景象生成器辐射光线的反射作用最大，尽管窗口表面镀膜，一次反射的杂散光仍然对光源芯片成像造成一定的影响。
发明内容
为了减小窗口对景象生成器一次反射引入的杂光影响，本发明对传统的平行平板的窗口进行了改进，提供了一种具有弯曲窗口的红外成像系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有弯曲窗口的红外成像系统，包括景象生成器、窗口和真空室三个主要部分，景象生成器位于真空室的后部，产生虚拟景象，窗口位于真空室的前部，起到透过光线、保护真空室内部结构的作用；所述窗口为弯曲窗口，即窗口的两个表面设置为弯曲表面，并且两个表面共心设计，这样有利于系统像差的校正以及系统的轴向装调，圆心位于背离景象生成器一侧。
本发明中，所述弯曲窗口的曲率半径大小要根据景象生成器的尺寸以及景象生成器到窗口的距离决定。
本发明中，所述真空室的内部为铝制的发黑材料，对一次反射光进行充分的吸收。
本发明中，所述景象生成器使用的是电阻阵列，电阻阵列由若干微桥结构组成，每一个微桥结构都是一个发光单元，发光单元通过微桥结构发光，多个发光单元组成所需景象。
本发明中，所述红外成像系统主要用于红外波段图像生成，在红外波段下选用Ge为弯曲窗口的材料。
本发明中，将普通的平行平板窗口改为共心的弯曲窗口，根据光线反射原理，弯曲窗口可以减小电阻阵列在窗口上发生的一次反射，而一次反射是造成电阻阵列杂光产生的一个主要的原因，与此同时，弯曲窗口将一次反射的光线打在真空室内壁上，内壁表面的Al制黑色吸收材料可以将杂光吸收，可以减少二次或多次反射的发生，最大可能的减小窗口反射对电阻阵列成像产生的影响。此外，共心的弯曲窗口设计还便于系统整体的装调。
相比于平行平板窗口，本发明具有以下优点：
1、将平行平板窗口改为共心弯曲表面设计可以显著减小一次反射对景象生成器（及电阻阵列）的影响，而对系统整体结构以及成像质量没有明显影响。
2、共心的弯曲表面设计便于系统的配准，简化装调的难度。
3、窗口弯曲的曲率和景象生成器到窗口距离的共同协调可以最大限度抑制景象生成器的内部杂散光。
附图说明
图1为本发明红外成像系统的消杂散光方案的结构示意图。
图2为平行平板窗口和弯曲窗口两种方式下的光线追迹图。
图3为平板窗口在像面成像的照度图。
图4为弯曲窗口在像面成像的照度图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1所示，本发明改进的成像系统的窗口由传统的平行平板变为共心的弯曲窗口设计，景象生成器（1）置于真空室（3）的下部，弯曲窗口位于真空室（3）开口的上部。景象生成器（1）由电阻阵列充当，电阻整列由若干微桥结构组成，每一个微桥结构都是一个发光元。本发明把窗口的两个表面设置为弯曲表面，并且两个表面共心设计，圆心在背离景象生成器（1）一侧，这样可以有效的减小入射光线在窗口处发生的一级反射，从而减小被反射到发光元表面的杂光强度，尽可能消除杂散光在发光面元处的影响。同时电阻阵列需要在真空环境下工作，真空室（3）内壁表面是黑的金属铝膜，可以有效的吸收一级反射产生的杂散光，尽可能的消除真空内壁产生的可能照在发光元表面的二次反射杂光。
如图2对平行窗口和改进弯曲的窗口进行光线追迹，分析像面处的一级反射。设置点光源位于电阻阵列的中心处，窗口材料设置为红外材料Ge，表面属性设置为5%的反射特性。由于需要观察和分析窗口反射对电阻阵列的成像影响所以将观察像面设置在电阻阵列表面，对光源发出的光线在两种窗口情况下进行光线追迹，得到的观察面处的照度图如图3和图4所示。在平行平板设计中，在电阻阵列中心处存在很强的残余反射，形成鬼像，影响电阻阵列的成像质量，弯曲窗口设计和平行平板设计相比，像面照度更为均匀，有效的削弱了残余反射产生的峰值，能够起到改善成像质量的作用。
综上所述，红外成像系统中改进的弯曲窗口不仅削弱了窗口一级反射引起的较强参与反射产生的鬼像，均匀了电阻阵列的像面照度，同时弯曲窗口的两个面共心设计，有利于系统像差的校正以及系统的轴向装调。
Claims (5)
1.一种具有弯曲窗口的红外成像系统，包括景象生成器、窗口和真空室三个主要部分，景象生成器位于真空室的后部，窗口位于真空室的前部，其特征在于：所述窗口为弯曲窗口，即窗口的两个表面设置为弯曲表面，并且两个表面共心设计，圆心位于背离景象生成器一侧。
2.根据权利要求1所述的具有弯曲窗口的红外成像系统，其特征在于所述真空室的内部为铝制的发黑材料。
3.根据权利要求1所述的具有弯曲窗口的红外成像系统，其特征在于所述弯曲窗口的曲率半径大小由景象生成器的尺寸以及景象生成器到窗口的距离决定。
4.根据权利要求1或3所述的具有弯曲窗口的红外成像系统，其特征在于所述景象生成器使用的是电阻阵列。
5.根据权利要求1或3所述的具有弯曲窗口的红外成像系统，其特征在于所述弯曲窗口的材质为Ge。
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