CN112335231B - 红外成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种红外成像装置，包括：‑低温恒温器(4)，‑红外检测器(6)，该红外检测器被布置在低温恒温器(4)内部，以便接收来自成像装置外部的光学信号，‑线性偏振器，该线性偏振器被配置为在光学信号到达红外检测器(6)之前沿可变的偏振方向使光学信号偏振，线性偏振器包括：第一偏振元件(22)，该第一偏振元件被布置在低温恒温器(4)的外部并且相对于低温恒温器(4)能够旋转，以及第二偏振元件(24)，该第二偏振元件被布置在低温恒温器(4)的内部，该第二偏振元件处于第一偏振元件(22)和红外检测器(6)之间并且相对于低温恒温器(4)是固定的。

Description

红外成像装置
技术领域
本发明涉及一种红外成像装置。
背景技术
一种已知的问题是在通过用于室外使用的成像装置产生的图像中的太阳反射。
成像装置在例如文献CN107883945A、WO2014/170670和CN106706132A中被描述。
为了使这种太阳反射的影响最小化，已知在成像装置中包括位于检测器上游的线性偏振器。具体地，线性偏振器可以消除通过装置接收的光学信号中的带有太阳反射的第一分量，并允许不带有太阳反射的第二分量穿过，使得该第二分量随后被检测器接收。
当然，第一分量的偏振方向是可变的。因此，为了确保在任何情况下都可以消除太阳反射，线性偏振器被配置为在光学信号到达红外检测器之前，使通过装置接收的光学信号沿可变的偏振方向偏振。
此外，在具有对红外波长敏感的检测器的红外成像装置中，还会出现额外的问题：红外检测器很容易接收由装置本身的内部部件辐射的干扰信号，这些内部部件是在红外检测器所敏感的波长处的强发射器。这降低了检测器的信噪比。
为了解决这个额外的问题，已知将红外检测器安置在低温恒温器的内部。这种低温恒温器将检测器的环境维持在低温下，通常在80开氏度，这具有减弱干扰信号在检测器的视场(该视场具有有限的立体角)之外的传播的效果。
然而，低温恒温器不能完全消除干扰信号，因为干扰信号仍然可以在检测器的视场中传播。因此，这些干扰信号仍然可以从线性偏振器的面对检测器的下游面反射出来，然后通过在检测器的视场中传播而到达不受保护的检测器。
因此，可以设想将具有可变的偏振方向的线性偏振器安置在低温恒温器的内部，以便使被反射的干扰信号也被“冷却”。
然而，这将意味着将增加低温恒温器的尺寸，这将增加红外成像装置的成本。
此外，包括这样的偏振器实现起来将非常复杂，因为这样的偏振器通常被安装成相对于检测器能够移动。确保在低温恒温器的内部的这种可移动性而不降低其保持在低温下的性能将会是非常复杂的。
发明内容
本发明的目的是在不显著增加红外成像装置的成本和复杂性的情况下，更有效地减少通过红外成像装置产生的图像中的太阳反射。
因此，提供了一种红外成像装置，包括：
·低温恒温器；
·红外检测器，该红外检测器被布置在低温恒温器的内部以便接收来自成像装置外部的光学信号；
·线性偏振器，该线性偏振器被配置为在光学信号到达红外检测器之前沿可变的偏振方向使光学信号偏振，其中，线性偏振器包括：第一偏振元件，该第一偏振元件被布置在低温恒温器的外部并且相对于低温恒温器能够旋转运动，和第二偏振元件，该第二偏振元件被布置在低温恒温器的内部，并且该第二偏振元件处于第一偏振元件和红外检测器之间并相对于低温恒温器是固定的。
在所提出的装置中，通过下述两个偏振元件来提供具有可变的偏振方向的线性偏振器的功能：第一偏振元件和第二偏振元件。
第一偏振元件相对于第二偏振元件的移动性使得由这两个偏振元件形成的线性偏振器的偏振方向能够改变，偏振方向的改变使得能够从接收到的任何光学信号中消除太阳反射。
另外，由于第二偏振元件被布置在低温恒温器的内部，因此被冷却。因此，由装置的内部部件辐射的干扰信号以及被第二偏振元件反射的干扰信号在到达检测器之前变“冷”，好像第二线性偏振器件已经被整体被布置在低温恒温器中一样。因此，检测器处的信噪比不会被降低。
因为仅第二偏振元件被布置在低温恒温器的内部，并且该第二偏振元件不可移动而是固定的，所以在装置的合理的额外成本下获得了该结果。具体地，线性偏振器的可移动部分(即第一偏振元件)被重新定位在低温恒温器的外部，在这种情况下低温恒温器的装配不受限制，因为第一偏振元件未被放置在必须保持低温的地方。
根据本发明的成像装置可以进一步包括在技术上可行时被单独采用或组合使用的以下可选特征：
·第一偏振元件是半波片；
·第一偏振元件相对于低温恒温器能够围绕垂直于红外检测器的入射表面的轴线旋转运动，红外检测器通过该入射表面接收光学信号；
·第二偏振元件与红外检测器相距一距离；
·第二偏振元件被附接到红外检测器的入射表面；
·低温恒温器包括被布置成使光学信号进入低温恒温器的内部的窗口，并且其中第二偏振元件被附接到该窗口；
·第二偏振元件是相对于低温恒温器具有固定的偏振方向的线性偏振器；
·固定的偏振方向平行于红外检测器的入射表面；
·红外检测器对属于MWIR波段的波长敏感。
附图说明
通过以下描述，本发明的其他特征、目的和优点将显现，该描述仅是示例性的而非限制性的，并且该描述必须参照附图阅读，在附图中：
·图1示意性地示出了根据第一实施例的红外成像装置；
·图2示意性地示出了根据第二实施例的红外成像装置；
在所有附图中，相似的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
参照图1，红外成像装置1包括入口2、低温恒温器4和红外检测器6。
装置的入口2能够接收来自装置外部的光学信号。
红外检测器6本身是已知的。检测器6是光电检测器6，该光电检测器具有将光学信号转换成电信号的功能，该电信号随后可用于生成图像。
特别地，红外检测器6具有入射表面8，检测器6通过该入射表面接收光学信号。
红外检测器6对属于MWIR波段的波长敏感。
低温恒温器4包括限定出腔室12的壁10，该壁旨在保持低温。壁10由例如金属或陶瓷制成。
红外检测器6被布置在该腔室12中。
红外检测器6相对于壁10是固定的。
壁10具有被称为“冷屏障”的屏障14，来自入口2的光学信号能够穿过该屏障，这样光学信号可以到达被布置在由低温恒温器4界定出的腔室中的红外检测器6。
红外成像装置进一步包括围绕第一壁10的第二壁16，两个壁10、16被空间18隔开，在该空间中形成真空。
第二壁16具有被称为“热屏障”或“窗口”的第二屏障20，光学信号能过穿过该第二屏障。
两个屏障14、20被布置为被来自入口2的光学信号相继地穿过。
红外成像装置1进一步包括线性偏振器。
线性偏振器被配置为在光学信号到达红外检测器6之前，沿可变的偏振方向使来自入口2的光学信号偏振。
具有可变的偏振方向的线性偏振器包括两个偏振元件：第一偏振元件22和第二偏振元件24。
在本文中，“偏振”元件被定义为能够改变被该元件接收的光学信号的偏振的元件。
第一偏振元件22被布置在低温恒温器4的外部。
第一偏振元件22被布置在入口2和热屏障20之间的空间18中。可选地，第一偏振元件20被布置在热屏障20和冷屏障14之间。
第一偏振元件22相对于低温恒温器4能够围绕旋转轴线R旋转运动。
旋转轴线R垂直于红外检测器6的入射表面8。
第一偏振元件22通常是半波片。
以本身已知的方式，半波片具有平面的入口表面26和平行于入口表面2的平面的输出表面28。
半波片的旋转轴线R垂直于入口表面26和输出表面28。
此外，第二偏振元件24本身是线性偏振器件。然而，该线性偏振器件相对于低温恒温器具有固定的偏振方向。
由第二偏振元件24限定的固定的偏振方向平行于红外检测器6的入射表面8。
第二偏振元件24被布置在低温恒温器4中，即被布置在通过壁界定出的腔室内。
第二偏振元件24被布置在冷屏障和检测器6之间。
在如图1所示的实施例中，第二偏振元件24被附接到红外检测器6的入射表面8上。
在另一个实施例中，如图2所示，第二偏振元件24与红外检测器6相距一距离。例如可以设想将该第二偏振元件24附接到冷屏障14。
在又一个实施例中，第二偏振元件被附接到窗口20。
红外成像装置1的运行如下。光学信号通过装置的入口2进入装置。然后，该光学信号穿过第一偏振元件22，然后穿过热屏障20，然后穿过冷屏障14，然后穿过第二偏振元件24。
在穿过两个偏振元件22和24之后，光学信号沿一偏振方向被偏振，该偏振方向随第一偏振元件22相对于第二偏振元件24围绕轴线R的角度位置而变化。
偏振方向平行于红外检测器6的入射表面8。因此，被偏振的光学信号到达红外检测器6的入射表面8。
红外检测器6将接收到的光学信号转换为电信号，然后可使用该电信号生成光学信号所来自的场景的图像。
通过使第一偏振元件22相对于第二偏振元件24围绕其旋转轴线R旋转，可以改变由两个偏振元件形成的线性偏振器的偏振方向。
随着第一偏振元件22相对于第二偏振元件24的角度位置的变化，线性偏振器或多或少地消除了光学信号中存在的太阳反射。
第一偏振元件22围绕旋转轴线R存在最佳的角度位置，在该角度位置，通过入口2接收到的信号的承载太阳反射的分量被尽可能地衰减。
例如，可以提供允许红外成像装置1的使用者手动地将第一偏振元件22围绕其轴线R进行旋转的装置。当红外成像装置1是例如一副双筒望远镜的便携式装置时，这种装置特别适合。

Claims (9)

1.一种红外成像装置，包括：
·低温恒温器(4)，
·红外检测器(6)，所述红外检测器被布置在所述低温恒温器(4)内部以便接收来自所述红外成像装置外部的光学信号，
·线性偏振器，所述线性偏振器被配置为在光学信号到达所述红外检测器(6)之前沿可变的偏振方向使光学信号偏振，
所述装置的特征在于，所述线性偏振器包括：
·第一偏振元件(22)，所述第一偏振元件被布置在所述低温恒温器(4)的外部并且相对于所述低温恒温器(4)能够旋转运动，
·第二偏振元件(24)，所述第二偏振元件被布置在所述低温恒温器(4)的内部，并且所述第二偏振元件处于所述第一偏振元件(22)和所述红外检测器(6)之间并相对于所述低温恒温器(4)是固定的。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一偏振元件(22)是半波片。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一偏振元件(22)相对于所述低温恒温器(4)能够围绕垂直于所述红外检测器(6)的入射表面(8)的轴线(R)旋转运动，所述红外检测器(6)通过所述入射表面接收光学信号。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第二偏振元件(24)与所述红外检测器(6)相距一距离。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第二偏振元件(24)被附接到所述红外检测器(6)的入射表面(8)。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述低温恒温器包括窗口(20)，所述窗口被布置成使光学信号进入所述低温恒温器的内部，并且其中所述第二偏振元件被附接到所述窗口(20)。
7.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第二偏振元件(24)是相对于所述低温恒温器(4)具有固定的偏振方向的线性偏振器件。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述固定的偏振方向平行于所述红外检测器(6)的所述入射表面(8)。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述红外检测器(6)对属于MWIR波段的波长敏感。
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