CN106370308B - 一种基于倾斜异形冷屏的长线阵推扫红外热成像系统 - Google Patents

一种基于倾斜异形冷屏的长线阵推扫红外热成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于倾斜异形冷屏的长线阵推扫红外热成像系统，由主镜、次镜、折转调焦镜、三镜、机械结构、长线阵红外焦平面、倾斜异形冷屏和线阵红外焦平面探测器组成。来自目标的光束依次经过主镜、次镜、折转调焦镜、三镜，最终成像在线阵红外焦平面探测器上。光学系统的出瞳位于线阵红外焦平面探测器前，与倾斜异形冷屏完全匹配，实现了100％冷光阑。系统结构紧凑，重量轻，体积小，加工装调简单，可用于高灵敏度红外热成像探测，特别适合于航天大口径高分辨率红外热成像应用。

Description

一种基于倾斜异形冷屏的长线阵推扫红外热成像系统
技术领域：
本发明涉及一种红外成像系统，具体是指一种用于高灵敏度红外热成像探测的具有高效倾斜异形冷屏的长线阵推扫红外热成像系统。
背景技术：
与可见光系统不同，红外光学系统探测的是物体的热辐射。大多数红外探测器都必须工作在低温深冷状态下，被封装在杜瓦瓶中。同时，为了限制探测器视场以外的不必要的热辐射，在探测器与杜瓦瓶窗口之间设置了冷屏。红外光学系统在使用制冷型的探测器时必须考虑出瞳与冷屏的匹配。
传统的红外光学系统多采用以下几种匹配形式：
1.将冷屏直接作为光学系统的孔径光阑，相当于将光学系统入瞳直接放置在探测器的冷屏处。这种匹配方式适用于短焦距，但在焦距较长时，由于入瞳位置远离像差的校正位置，使得系统中光学元件的外形尺寸大大增加，加工装调困难。
2.增加中继成像系统，使出瞳成像在探测器前，实现出瞳与冷屏的完全匹配。中继成像系统多采用透镜组，导致系统复杂化，同时降低了整个红外成像系统的光学效率。
3.采用不完全匹配，即冷屏与出瞳不在一个平面内。这种方式存在轴外渐晕，仅适用于目标为点目标，且视场限制在一定范围的中心视场。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单，且具有高效倾斜异形冷屏的长线阵推扫红外热成像系统。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
光学系统示意图如附图1所示。光学系统包括主镜1、次镜2、折转调焦镜3、三镜4、倾斜异形冷屏5和线阵红外焦平面探测器6。首先来自目标的平行光束通过主镜1，射向次镜2，经其反射到折转调焦镜3，光路转折后，射向三镜4，通过倾斜异形冷屏5并最终成像在线阵红外焦平面探测器6。光学系统的入瞳设置在主镜1处，出瞳位于线阵红外焦平面探测器6前。
系统采用轴外线视场工作，满足倾斜异形冷屏5对光路后工作距的要求。
所述的倾斜异形冷屏5在光线入射方向的开口形状为圆形，开口直径与光学系统实出瞳直径完全匹配，实现杂散辐射抑制；倾斜异形冷屏5的下端面为安装面，安装面位于线阵红外焦平面探测器光敏面所在的平面上，开口形状为矩形，矩形的长度比线阵红外焦平面探测器两端各长5～10mm，宽度与倾斜异形冷屏5上端的光线入射圆形开口直径相当；倾斜异形冷屏5上端的光线入射圆形开口的中心与线阵红外焦平面探测器中心像元的连线与线阵红外焦平面探测器光敏面法线有一倾斜夹角，该夹角由轴外成像线视场的中心视场的主光线与成像像面的夹角决定；倾斜异形冷屏5下端安装面与上端圆形开口之间的屏身采用CAD软件的放样功能形成，倾斜异形冷屏5的屏身沿线阵探测器长度方向，左右对称，对称面为过线阵红外焦平面探测器中心像元，并与长度方向向量垂直的平面。
由于上述技术方案的使用，本发明的光学系统的优点是：本身具备了二次成像的性质，出瞳位于线阵红外焦平面探测器前，有利于与倾斜异形冷屏的完全匹配，实现了高灵敏度；未使用中继成像系统，结构简单，体积小，质量轻；采用了折转调焦镜，光学元件加工装调简单；可用于长焦距红外热成像探测，特别适用于大口径高分辨率航天红外热成像应用。
附图说明：
图1是光学系统光路示意图；
图2是倾斜异形冷屏与光学系统出瞳完全匹配的示意图；
图3是系统光学传递函数MTF示意图。
具体实施方式：
根据本发明附图1中所示的光学系统结构，我们设计了一款高灵敏度长线阵推扫红外热成像系统，其技术指标如下：
Figure BDA0001129980400000031
具体结构参数如下：
元件 离轴量/mm 曲率半径/mm 间隔/mm
主镜1 / 420.339 d1＝162.879
次镜2 / 119.328 /
平面反射镜3 d3＝24.042 / d2＝91.11
三镜4 d4＝110 158.934 d5＝9.958
探测器5 d7＝47.957 / d6＝46.042
系统的倾斜异形冷屏与出瞳完全匹配，如附图2所示，光学系统像质良好，光学调制传递函数如附图3所示。

Claims (1)

1.一种基于倾斜异形冷屏的长线阵推扫红外热成像系统，适用于大口径高分辨率航天红外热成像应用，包括主镜(1)、次镜(2)、折转调焦镜(3)、三镜(4)、倾斜异形冷屏(5)和线阵红外焦平面探测器(6)，其特征在于：所述的成像系统采用轴外线视场工作，来自目标的光束依次经过主镜(1)、次镜(2)、折转调焦镜(3)、三镜(4)，最终成像在线阵红外焦平面探测器(6)上；系统的入瞳位于光学系统中的主镜(1)上，出瞳位于线阵红外焦平面探测器(6)前，倾斜异形冷屏(5)位于光学系统的出瞳位置，与出瞳完全匹配，实现100％冷光阑，所述的倾斜异形冷屏(5)在光线入射方向的开口形状为圆形，开口直径与光学系统实出瞳直径完全匹配，实现杂散辐射抑制；倾斜异形冷屏(5)的下端面为安装面，安装面位于线阵红外焦平面探测器光敏面所在的平面上，开口形状为矩形，矩形的长度比线阵红外焦平面探测器两端各长5～10mm，宽度与倾斜异形冷屏(5)上端的光线入射圆形开口直径相当；倾斜异形冷屏(5)上端的光线入射圆形开口的中心与线阵红外焦平面探测器中心像元的连线与线阵红外焦平面探测器光敏面法线有一倾斜夹角，该夹角由轴外成像线视场的中心视场的主光线与成像像面的夹角决定；倾斜异形冷屏(5)下端安装面与上端圆形开口之间的屏身采用CAD软件的放样功能形成，倾斜异形冷屏(5)的屏身沿线阵探测器长度方向，左右对称，对称面为过线阵红外焦平面探测器中心像元，并与长度方向向量垂直的平面。
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