CN207833091U - 增倍镜和红外热像仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种增倍镜和红外热像仪，属于光学设备领域。该增倍镜设置在红外热像仪的光学成像物镜前端，红外热像仪包括红外探测器，增倍镜的光轴、光学成像物镜的光轴和红外探测器的光轴同心，增倍镜包括：n个透镜，n≥3，n个透镜沿着光路方向依次排列，n个透镜中的前m个透镜用于对被测物体发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像，其余h个透镜用于和光学成像物镜配合，将目标物像的成像光束聚焦在红外探测器上，h＝n‑m，m≥1。本实用新型解决了增倍镜的重量较大，导致红外热像仪的重量较大，体积较大，且成本较高的问题，达到了减小增倍镜的重量，从而减小了红外热像仪的重量和体积，且降低了成本的效果。本实用新型用于红外热像仪。

Description

增倍镜和红外热像仪

技术领域

本实用新型涉及光学设备领域，特别涉及一种增倍镜和红外热像仪。

背景技术

随着红外技术的不断发展及普及，红外热像仪受到了广泛关注。通过红外热像仪能够将被测物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像，热图像上的不同颜色代表被测物体的不同温度。基于被测物体的热图像可以得到被测物体整体的温度分布情况。

相关技术中，红外热像仪包括光学成像物镜和红外探测器，光学成像物镜收集被测物体发出的红外辐射线，并将收集的红外辐射线的成像光束聚焦在红外探测器上，进而使得红外探测器输出热图像。为了控制成像光束的通光量，光学成像物镜上会设置光阑。目前，为了满足不同距离的观测需求，常在光学成像物镜的前端设置一增倍镜，该增倍镜包括沿着远离光学成像物镜的方向依次设置的两个透镜，这两个透镜配合光学成像物镜将成像光束聚焦在红外探测器上。该增倍镜可以为长焦增倍镜或短焦增倍镜，具体可以根据观测需求来确定。

由于光阑设置在光学成像物镜上，光阑与增倍镜中距离光学成像物镜最远的透镜的距离较远，为了使光阑有效地控制成像光束的通光量，增倍镜中距离光学成像物镜最远的透镜的最大口径都较大，这样一来，增倍镜的重量较大，导致红外热像仪的重量较大，体积较大，且成本较高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种增倍镜和红外热像仪，可以解决相关技术中增倍镜的重量较大，导致红外热像仪的重量较大，体积较大，且成本较高的问题。所述技术方案如下：

根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种增倍镜，该增倍镜设置在红外热像仪的光学成像物镜的前端，该红外热像仪包括红外探测器，增倍镜的光轴、光学成像物镜的光轴和红外探测器的光轴同心，

增倍镜包括：n个透镜，n≥3，

n个透镜沿着光路方向依次排列，n个透镜中的前m个透镜用于对被测物体发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像，其余h个透镜用于和光学成像物镜配合，将目标物像的成像光束聚焦在红外探测器上，h＝n-m，m≥1，

其中，光路方向为成像光束进入红外热像仪的方向，n个透镜中距离光学成像物镜距离最远的透镜为正光焦度透镜。

可选的，n等于3，增倍镜包括：第一透镜、第二透镜和第三透镜，

第一透镜、第二透镜和第三透镜沿着光路方向依次排列，第一透镜和第二透镜用于对被测物体发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像，第三透镜用于和光学成像物镜配合，将目标物像的成像光束聚焦在红外探测器上。

可选的，第一透镜的最大口径为75.2毫米。

可选的，第二透镜为负光焦度透镜，第三透镜为正光焦度透镜。

可选的，第二透镜为负光焦度透镜，第三透镜为负光焦度透镜。

可选的，第二透镜为正光焦度透镜，第三透镜为负光焦度透镜。

可选的，每个透镜为非球面透镜。

可选的，第一透镜为凹凸透镜，第二透镜为凸凹透镜，第三透镜为凹凸透镜，

第一透镜的凸面朝向光路方向的反方向；

第二透镜的凸面朝向光路方向的反方向；

第三透镜的凸面朝向光路方向。

根据本实用新型实施例的第二方面，提供一种红外热像仪，该红外热像仪包括：光学成像物镜和红外探测器，光学成像物镜设置有光阑，

光学成像物镜的前端设置有增倍镜，增倍镜的光轴、光学成像物镜的光轴和红外探测器的光轴同心，增倍镜为第一方面所述的增倍镜。

本实用新型实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本实用新型实施例提供的增倍镜和红外热像仪，该红外热像仪中的增倍镜包括n(n≥3)个透镜，该n个透镜中的前m(m≥1)个透镜用于对被测物体发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像，其余h(h＝n-m)个透镜用于和光学成像物镜配合，将目标物像的成像光束聚焦在红外探测器上，由于在成像光束进入光学成像物镜之前，已经进行了一次成像，所以无需将增倍镜中距离光学成像物镜最远的透镜的最大口径设计得较大，减小了增倍镜的重量，从而减小了红外热像仪的重量和体积，且降低了成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种增倍镜的结构示意图；

图2是相关技术中的一种增倍镜的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种增倍镜的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的增倍镜在不同视场下对应的MTF曲线示意图。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种增倍镜，如图1所示，该增倍镜10设置在红外热像仪20的光学成像物镜21的前端，也即是，增倍镜10设置在光学成像物镜21靠近被测物体的一端，红外热像仪20包括红外探测器22。增倍镜10的光轴、光学成像物镜21的光轴和红外探测器22的光轴同心。

参见图1，该增倍镜10包括：n个透镜101，n≥3(图1以n等于4为例进行说明)。

n个透镜101沿着光路方向(如图1中u所指示的方向)依次排列，该n个透镜101中的前m个透镜用于对被测物体30发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像40，其余h个透镜用于和光学成像物镜21配合，将目标物像40的成像光束聚焦在红外探测器22上，h＝n-m，m≥1。示例的，该红外探测器可以为非制冷红外探测器。

其中，光路方向为成像光束进入红外热像仪的方向，n个透镜101中距离光学成像物镜21距离最远的透镜为正光焦度透镜。

正光焦度透镜是一种中间厚，边缘薄的透镜，正光焦度透镜对光束具有汇聚作用。正光焦度透镜为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜。双凸透镜为两面均为凸面的透镜，平凸透镜为一面为平面，一面为凸面的透镜，凹凸透镜为一面为凹面，一面为凸面的透镜，且凸度大于凹度。示例的，每个透镜可以为非球面透镜。此外，每个透镜也可以为球面透镜。本实用新型实施例对此不做限定。

示例的，m等于3，h等于1，参见图1，4个透镜101中的前3个透镜用于对被测物体30发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像40，其余1个透镜用于和光学成像物镜21配合，将目标物像40的成像光束聚焦在红外探测器22上。当然，也可以是m等于2，h等于2，也即是，前2个透镜用于对被测物体30发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像40，其余2个透镜用于和光学成像物镜21配合，将目标物像40的成像光束聚焦在红外探测器22上。本实用新型实施例对m和h的大小不做限定。

综上所述，本实用新型实施例提供的增倍镜，该增倍镜的n(n≥3)个透镜中的前m(m≥1)个透镜用于对被测物体发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像，其余h(h＝n-m)个透镜用于和光学成像物镜配合，将目标物像的成像光束聚焦在红外探测器上，由于在成像光束进入光学成像物镜之前，已经进行了一次成像，所以无需将增倍镜中距离光学成像物镜最远的透镜的最大口径设计得较大，减小了增倍镜的重量，从而减小了红外热像仪的重量和体积，且降低了成本。

现以图2为例，对相关技术中的增倍镜进行说明。

相关技术中，如图2所示，增倍镜200包括第一透镜210和第二透镜220，第一透镜210和第二透镜220沿着光路方向(图2中u所指示的方向)依次排列，第一透镜210和第二透镜220配合光学成像物镜21，将成像光束聚焦在红外探测器22上。该增倍镜中距离光学成像物镜最远的透镜即第一透镜210的最大口径为133.6mm(毫米)，第一透镜210和第二透镜220的总重量539g(克)。

图3示出了本实用新型实施例提供的一种增倍镜的结构示意图，如图3所示，增倍镜10可以包括3个透镜：第一透镜310、第二透镜320和第三透镜330，第一透镜310、第二透镜320和第三透镜330沿着光路方向(如图3中u所指示的方向)依次排列，第一透镜310和第二透镜320用于对被测物体30发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像40，第三透镜330用于和光学成像物镜21配合，将目标物像40的成像光束聚焦在红外探测器22上。

示例的，该增倍镜10的第一透镜310的最大口径可以为75.2mm，第一透镜310、第二透镜320和第三透镜330的总重量可以为234g，所以相较于相关技术，本实用新型实施例中增倍镜10中的第一透镜310的最大口径更小，因而减小了增倍镜的总重量，减小了红外热像仪的重量和体积，且降低了成本。

图3中的第一透镜310为正光焦度透镜。

示例的，在第一种可实现方式中，第二透镜320可以为负光焦度透镜，第三透镜330可以为正光焦度透镜。负光焦度透镜是一种中间薄，边缘厚的透镜，负光焦度透镜对光束具有发散作用。

其中，正光焦度透镜为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜，负光焦度透镜为双凹透镜、平凹透镜或凸凹透镜。双凹透镜为两面均为凹面的透镜，平凹透镜为一面为平面，一面为凹面的透镜，凸凹透镜为一面为凸面，一面为凹面的透镜，且凹度大于凸度。

也即是，在这种可实现方式中，第一透镜310可以为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜，第二透镜320可以为双凹透镜、平凹透镜或凸凹透镜，第三透镜330可以为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜。

在第二种可实现方式中，第二透镜320可以为负光焦度透镜，第三透镜330可以为负光焦度透镜。在这种可实现方式中，第一透镜310可以为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜，第二透镜320可以为双凹透镜、平凹透镜或凸凹透镜，第三透镜330可以为双凹透镜、平凹透镜或凸凹透镜。

在第三种可实现方式中，第二透镜320可以为正光焦度透镜，第三透镜330可以为负光焦度透镜。在这种可实现方式中，第一透镜310可以为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜，第二透镜320可以为双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜，第三透镜330可以为双凹透镜、平凹透镜或凸凹透镜。

本实用新型实施例对第二透镜和第三透镜的光焦度的正负不做限定。

示例的，图3中的第一透镜可以为凹凸透镜，第二透镜可以为凸凹透镜，第三透镜可以为凹凸透镜，第一透镜310的凸面可以朝向光路方向(如图3中u所指示的方向)的反方向，第二透镜320的凸面可以朝向光路方向的反方向，第三透镜330的凸面可以朝向光路方向。此外，也可以是，第一透镜310的凸面朝向光路方向，第二透镜320的凸面朝向光路方向，第三透镜330的凸面朝向光路方向的反方向。

本实用新型实施例以焦距为25mm的光学成像物镜，分辨率为640×512(640为水平方向上的像素数，512为垂直方向上的像素数)、像素间距为17um(微米)的红外探测器为例，对本实用新型实施例提供的增倍镜10的成像清晰度进行仿真，得到该增倍镜10在不同空间频率(空间频率的单位为lp/mm(线对/毫米))的模拟调制传递函数(Modulation TransferFunction，MTF)值，对于像素间距为17um的红外探测器来说，如果增倍镜在空间频率为30lp/mm时，各视场的MTF值都大于0.3，则表明增倍镜的成像清晰度满足成像需求。

图4示出了本实用新型实施例提供的增倍镜在不同视场下对应的MTF曲线，MTF曲线表示的是不同空间频率的MTF值，该MTF曲线包括两条曲线，其中一条曲线用于指示子午(T)方向的MTF值，另一条曲线用于指示弧矢(S)方向的MTF值。图4中，横坐标为空间频率，纵坐标为MTF值，TS后面的数字表示的是视场(此处用像高表示)，比如6.8mm表示的是图像边缘视场，从图4中可以看出，各视场的MTF曲线上，在横坐标为30lp/mm的MTF值都大于0.3，所以这表明该增倍镜10的成像清晰度满足成像需求。

综上所述，本实用新型实施例提供的增倍镜，该增倍镜的n(n≥3)个透镜中的前m(m≥1)个透镜用于对被测物体发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像，其余h(h＝n-m)个透镜用于和光学成像物镜配合，将目标物像的成像光束聚焦在红外探测器上，由于在成像光束进入光学成像物镜之前，已经进行了一次成像，所以无需将增倍镜中距离光学成像物镜最远的透镜的最大口径设计得较大，减小了增倍镜的重量，从而减小了红外热像仪的重量和体积，且降低了成本。

本实用新型实施例提供了一种红外热像仪，如图1所示，红外热像仪20包括：光学成像物镜21和红外探测器22，光学成像物镜21设置有光阑(图1中未画出)。

光学成像物镜21的前端设置有增倍镜10，该增倍镜10的光轴、光学成像物镜21的光轴和红外探测器22的光轴同心。

综上所述，本实用新型实施例提供的红外热像仪，该红外热像仪中的增倍镜包括n(n≥3)个透镜，该n个透镜中的前m(m≥1)个透镜用于对被测物体发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像，其余h(h＝n-m)个透镜用于和光学成像物镜配合，将目标物像的成像光束聚焦在红外探测器上，由于在成像光束进入光学成像物镜之前，已经进行了一次成像，所以无需将增倍镜中距离光学成像物镜最远的透镜的最大口径设计得较大，减小了增倍镜的重量，从而减小了红外热像仪的重量和体积，且降低了成本。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种增倍镜，其特征在于，所述增倍镜设置在红外热像仪的光学成像物镜的前端，所述红外热像仪包括红外探测器，所述增倍镜的光轴、所述光学成像物镜的光轴和所述红外探测器的光轴同心，

所述增倍镜包括：n个透镜，n≥3，

所述n个透镜沿着光路方向依次排列，所述n个透镜中的前m个透镜用于对被测物体发出的红外辐射线进行1次成像得到目标物像，所述其余h个透镜用于和所述光学成像物镜配合，将所述目标物像的成像光束聚焦在所述红外探测器上，h＝n-m，m≥1，

其中，所述光路方向为所述成像光束进入所述红外热像仪的方向，所述n个透镜中距离所述光学成像物镜距离最远的透镜为正光焦度透镜。

2.根据权利要求1所述的增倍镜，其特征在于，所述n等于3，所述增倍镜包括：第一透镜、第二透镜和第三透镜，

所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜沿着所述光路方向依次排列，所述第一透镜和所述第二透镜用于对所述被测物体发出的红外辐射线进行1次成像得到所述目标物像，所述第三透镜用于和所述光学成像物镜配合，将所述目标物像的成像光束聚焦在所述红外探测器上。

3.根据权利要求2所述的增倍镜，其特征在于，

所述第一透镜的最大口径为75.2毫米。

4.根据权利要求2所述的增倍镜，其特征在于，

所述第二透镜为负光焦度透镜，

所述第三透镜为正光焦度透镜。

5.根据权利要求2所述的增倍镜，其特征在于，

所述第二透镜为负光焦度透镜，

所述第三透镜为负光焦度透镜。

6.根据权利要求2所述的增倍镜，其特征在于，

所述第二透镜为正光焦度透镜，

所述第三透镜为负光焦度透镜。

7.根据权利要求1所述的增倍镜，其特征在于，

每个所述透镜为非球面透镜。

8.根据权利要求4所述的增倍镜，其特征在于，所述第一透镜为凹凸透镜，所述第二透镜为凸凹透镜，所述第三透镜为凹凸透镜，

所述第一透镜的凸面朝向所述光路方向的反方向；

所述第二透镜的凸面朝向所述光路方向的反方向；

所述第三透镜的凸面朝向所述光路方向。

9.一种红外热像仪，其特征在于，所述红外热像仪包括：光学成像物镜和红外探测器，所述光学成像物镜设置有光阑，

所述光学成像物镜的前端设置有增倍镜，所述增倍镜的光轴、所述光学成像物镜的光轴和所述红外探测器的光轴同心，所述增倍镜包括权利要求1至8任一所述的增倍镜。