CN104297935A - 制冷型红外成像系统及其冷反射消除装置、方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷型红外成像系统及其冷反射消除装置、方法，制冷型红外成像系统包括红外成像装置、冷反射消除装置，该冷反射消除装置设于红外成像装置的成像光路中，冷反射消除装置包括偏振片和λ/4波片，偏振片的透光轴与波片的快轴成45°夹角；本发明采用偏振片及λ/4波片相结合的紧凑简易装置实现消除制冷型红外成像系统的冷反射，避免光学系统设计时牺牲成像质量来控制冷反射，并可以减轻非均匀校正等电路成像处理的负担；不受调焦、视场变换及环境温度变化等因素影响，达到消除冷反射的目的。

Description

制冷型红外成像系统及其冷反射消除装置、方法

技术领域

本发明涉及一种制冷型红外成像系统及其冷反射消除装置、方法。

背景技术

在制冷型红外成像系统中，内部制冷焦平面辐射的冷光源被前置的光学元件反射，且反射成像在焦平面附近。此时探测器发出相对环境温度低的自身冷表面信号，往往会在视场中心形成黑斑冷像。此种由于重复反射而引起的成像缺陷，称为冷反射。

冷反射是衡量红外系统设计好坏的一个重要指标，在制冷型扫描的红外系统中尤为重要。消除制冷型红外，可以采用非均匀校正方式，使红外成像系统在某一特定状态时得到补偿，但当移动镜片调焦、变视场或成像系统随温度环境的变化时，冷反射在补偿状态的偏离就会导致像面出现冷像或其他成像缺陷。为减少冷反射对成像质量的危害，必须采取适当的措施来降低冷反射。

发明内容

本发明的目的是提供一种制冷型红外成像系统及其冷反射消除装置、方法，以消除冷反射对红外成像系统成像质量的影响。

为实现上述目的，本发明的制冷型红外成像系统的冷反射消除装置的技术方案如下：包括用于设于同一红外成像装置光路中的偏振片和λ/4波片，偏振片的透光轴与波片的快轴成45°夹角。

本发明的制冷型红外成像系统包括红外成像装置，还包括冷反射消除装置，该冷反射消除装置设于红外成像装置的成像光路中，冷反射消除装置包括偏振片和λ/4波片，偏振片的透光轴与波片的快轴成45°夹角。

所述偏振片、波片均与红外成像装置的红外波段相同。

所述红外成像装置包括探测器冷光源和前置透镜，所述冷反射消除装置设于探测器冷光源和前置透镜之间，且偏振片靠近探测器冷光源设置。

本发明的制冷型红外成像系统的冷反射消除方法技术方案如下：红外成像系统的光路中从像方到物方依次同轴设置由偏振片和λ/4波片构成的冷反射消除装置，偏振片的透光轴与波片的快轴成45°夹角。

若红外成像系统是单视场或轴向连续变焦制冷型红外成像系统，冷反射消除装置直接前置于探测器冷光源前面；若红外成像系统是多视场切换系统，探测器冷光源设于冷反射最强的视场光路中。

本发明的制冷型红外成像系统及其冷反射消除装置、方法，由探测器的冷光源辐射，经过偏振片及λ/4波片后，形成圆偏振光，圆偏振光再经过透镜或其它元件反射回光路，再次经过λ/4波片，形成偏振方向与偏振片透光轴相垂直的线偏振光，相位延迟π/2，反射回光路的线偏振光被偏振片截止，不会再透射汇聚到探测器像面成像，从而消除制冷型红外成像的冷反射；本发明采用偏振片及λ/4波片相结合的紧凑简易装置实现消除制冷型红外成像系统的冷反射，避免光学系统设计时牺牲成像质量来控制冷反射，并可以减轻非均匀校正等电路成像处理的负担；不受调焦、视场变换及环境温度变化等因素影响，达到消除冷反射的目的。

附图说明

图1是本发明制冷型红外成像系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步详细说明制冷型红外成像系统及其冷反射消除装置的具体实施方式。

一、制冷型红外成像系统

如图1所示，制冷型红外成像系统包括红外成像装置和冷反射消除装置，红外成像装置包括探测器和前置透镜，冷反射消除装置设于红外成像装置的成像光路中，冷反射消除装置包括偏振片和λ/4波片，偏振片的透光轴与波片的快轴成45°夹角；即探测器方依次为偏振片、λ/4波片及前置透镜。对于单视场或轴向连续变焦制冷型红外成像系统，冷反射消除装置可以直接前置于探测器前面，对于多视场切换的可以放置于冷发射明显的视场光路中。偏振片、波片均与红外成像装置的红外波段相同，红外波段例如：3～5um或8～12um等。

本系统的冷反射消除装置采用偏振片及波片相结合的方式，偏振片的偏振轴与波片的快轴成45°夹角，放置在光路中，达到消除冷反射的目的。制冷型红外的探测器冷光源辐射到偏振片，经过偏振片后形成线偏振光，线偏振光经过λ/4波片（λ为红外成像系统的波段），使偏振光线变成圆偏振光，其相位改变π/4；圆偏振光经过前置透镜或其它光学元件反射回光路，再次经过λ/4波片后，由圆偏振光变成线偏振光，线偏振光的偏振方向垂直于偏振片透光轴，使冷反射回光路的光线被偏振片截止，无法聚焦回探测器焦平面成像，从而消除冷反射对制冷型红外成像质量的影响。

图1中，偏振片的波段与红外成像系统的波段相同，例如3～5um或8～12um等，偏振片的透光轴沿P方向，冷反射消除装置是以偏振片透光轴为基准，λ/4波片的波长与红外成像系统的波段相同，偏振片的透光轴P方向与λ/4波片的快轴严格保证45°夹角，偏振片的透光轴与红外成像系统的光轴垂直，如图1所示P方向垂直于光传播方向。

探测器的冷光源辐射到偏振片，冷光源辐射经过偏振片后形成线偏振光，其琼斯矩阵可以表示为： $\left(\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right).$ 线偏振光光矢量沿P轴方向，辐射到λ/4波片，其中λ/4波片的琼斯矩阵可以表示为： $\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{cc}1& i\\ i& 1\end{array}\right),$ 线偏振光经过快轴与P轴成45度的λ/4波片后成为圆偏振光，其琼斯矩阵可以表示为： $\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{cc}1& i\\ i& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{c}1\\ i\end{array}\right).$ 圆偏振光辐射到透镜或其它反射元件，反射元件的琼斯矩阵可以表示为： $\left(\begin{array}{cc}-1& 0\\ 0& 1\end{array}\right),$ 经反射元件反射回光路的圆偏振光可以表示为： $\left(\begin{array}{cc}-1& 0\\ 0& 1\end{array}\right)\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{c}1\\ i\end{array}\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{c}-1\\ i\end{array}\right).$ 反射回光路的圆偏振光再次透射λ/4波片后形成线偏振光，其琼斯矩阵可以表示为： $\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{cc}1& -i\\ -i& 1\end{array}\right)\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{c}-1\\ i\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}0\\ i\end{array}\right).$ 从琼斯矩阵计算可以得到，再次经过λ/4波片后的偏振光，其偏振轴与P轴垂直，且相位延迟π/2。经反射元件反射回光路的冷光线，再次经过λ/4波片后形成的线偏振光，其偏振方向与偏振片透光轴相垂直，当其再次辐射到偏振片时，反射光线将被偏振片阻止，从而实现截止冷光源辐射再次反射回制冷焦平面成像，达到了消除冷反射的目的。

二、制冷型红外成像系统的冷反射消除装置

制冷型红外成像系统的冷反射消除装置即为制冷型红外成像系统中的冷反射消除装置见图1，冷反射消除装置包括偏振片和λ/4波片，偏振片的透光轴与波片的快轴成45°夹角。具体运用参见一中相关描述，不在此赘述。

三、制冷型红外成像系统的冷反射消除方法

制冷型红外成像系统的冷反射消除方法是在红外成像系统的光路中从像方到物方依次同轴设置由偏振片和λ/4波片构成的冷反射消除装置，偏振片的透光轴与波片的快轴成45°夹角。该方法的原理可参见一中相关描述，不在此赘述。

若红外成像系统是单视场或轴向连续变焦制冷型红外成像系统，冷反射消除装置直接前置于探测器冷光源前面；若红外成像系统是多视场切换系统，探测器冷光源设于冷反射最强的视场光路中。

Claims (6)

1.制冷型红外成像系统的冷反射消除装置，其特征在于：包括用于设于同一红外成像装置光路中的偏振片和λ/4波片，偏振片的透光轴与波片的快轴成45°夹角。

2.制冷型红外成像系统，包括红外成像装置，其特征在于：还包括冷反射消除装置，该冷反射消除装置设于红外成像装置的成像光路中，冷反射消除装置包括偏振片和λ/4波片，偏振片的透光轴与波片的快轴成45°夹角。

3.根据权利要求2所述的制冷型红外成像系统，其特征在于：所述偏振片、波片均与红外成像装置的红外波段相同。

4.根据权利要求2或3所述的制冷型红外成像系统，其特征在于：所述红外成像装置包括探测器冷光源和前置透镜，所述冷反射消除装置设于探测器冷光源和前置透镜之间，且偏振片靠近探测器冷光源设置。

5.制冷型红外成像系统的冷反射消除方法，其特征在于：红外成像系统的光路中从像方到物方依次同轴设置由偏振片和λ/4波片构成的冷反射消除装置，偏振片的透光轴与波片的快轴成45°夹角。

6.根据权利要求5所述的制冷型红外成像系统的冷反射消除方法，其特征在于：若红外成像系统是单视场或轴向连续变焦制冷型红外成像系统，冷反射消除装置直接前置于探测器冷光源前面；若红外成像系统是多视场切换系统，探测器冷光源设于冷反射最强的视场光路中。