一种中长波双波段红外热像仪的制作方法

文档序号:9706398阅读:757来源:国知局
一种中长波双波段红外热像仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种中长波双波段红外热像仪。
【背景技术】
[0002]近年来,红外热成像技术由于其在军事和民用领域的广泛应用备受各方的重视,同时红外热像仪产品也发展非常迅速,具体趋势表现为集成化、高分辨率、小型化和多色化等方向。
[0003]目前在双波段红外成像技术上有大量的实验和研究探索,但成熟的双波段红外成像系统,主要还是采用两个红外探测器的集成系统以及采用320X240碲镉汞双波段红外探测器为光电传感器的红外系统。随着双波段红外探测器制作工艺的进步,更高分辨率双波段红外探测器的出现必然推动双波段红外热像仪的进一步发展。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种中长波双波段红外热像仪,用以解决现有技术中的红外热像仪分辨率有限的问题。
[0005]为实现上述目的,本发明的方案包括一种中长波双波段红外热像仪,包括中长波双波段红外光学系统、中长波双波段红外焦平面探测器和信号处理系统,所述中长波双波段红外光学系统用于采集红外图像;
[0006]所述红外光学系统具有14.58° X 10.96°视场镜头,F/#为2 ;所述探测器响应中波3μπι?5μηι、长波8μηι?1 Ομπι的红外福射。
[0007]所述红外光学系统包括从物方到像方同光轴依次设置的红外物镜组、调焦透镜组、场镜、第一汇聚透镜组和第二汇聚透镜组。
[0008]所述红外物镜组由依次设置的第一红外物镜和第二红外物镜组成,第一红外物镜为正透镜,第二红外物镜为负透镜;所述调焦透镜组由依次设置的第一调焦透镜和第二调焦透镜组成,第一调焦透镜为正透镜,第二调焦透镜为负透镜;所述场镜为正透镜;所述第一汇聚透镜组由第一汇聚透镜和第二汇聚透镜组成,第一汇聚透镜为正透镜,第二汇聚透镜为负透镜;所述第二汇聚透镜组为第三汇聚透镜,所述第三汇聚透镜为正透镜。
[0009]所述第一红外物镜的材料为砸化锌,第二红外物镜的材料为硫化锌,第一调焦透镜、第二汇聚透镜和第三汇聚透镜的材料为硫系玻璃,第二调焦透镜、场镜、第一汇聚透镜的材料为锗。
[0010]所述调焦透镜组和场镜之间的传播光路上设置有第一反射镜,所述第一汇聚透镜组和第二汇聚透镜组之间的传播光路上设置有第二反射镜。
[0011]所述红外图像输出给所述探测器,探测器将接收到的红外图像输出给所述信号处理系统,所述信号处理系统包括信号处理及成像模块,所述探测器将接收到的所述红外图像传输给所述信号处理及成像模块,所述信号处理及成像模块用于对所述红外图像进行处理以实现红外成像。
[0012]所述信号处理系统还包括探测器驱动模块和数据采集模块,所述探测器驱动模块、数据采集模块和所述信号处理及成像模块依次串接,所述探测器接收到的所述红外图像依次通过所述探测器驱动模块和数据采集模块输出给所述信号处理及成像模块。
[0013]所述中长波双波段红外焦平面探测器为640X512碲镉汞一体式斯特林制冷型探测器。
[0014]所述数据采集模块包括依次串接的滤波器和A/D转换单元。
[0015]所述信号处理及成像模块包括依次连接的图像预处理单元和视频成像单元。
[0016]本发明提供的中长波双波段红外热像仪具有多波段、探测能力强、远距离和高分辨率的特点。而且,通过配置探测器参数以改变工作模式,满足探测需求,所以该热像仪还具有波段选择、增益和偏置调节、图像增强等功能。另外,该热像仪灵敏度高、稳定性好、结构紧凑、功耗小,可满足各种机载设备对中波和长波波段探测的需要,增强系统应付复杂环境和抵抗干扰的能力,提高光电产品的综合性能。
[0017]该热像仪可适用于复杂环境,不管在何种复杂环境下均能够有效提高图像对比度和细节分辨能力,明显提高图像观察效果,实现光学同轴度、角偏、光轴一致性等高精度及高低温环境和振动环境高可靠性。另外,该热像仪整体结构较为简单,涉及到的组成器件不复杂,实现了轻重量、小体积的目标,所以该热像仪能够满足对重量轻、体积小、探测距离远、分辨率高的热像仪的需求。
【附图说明】
[0018]图1是中长波双波段红外热像仪结构示意图;
[0019]图2是红外光学系统结构示意图;
[0020]图3是数模转换电路图;
[0021]图4是比例放大电路图;
[0022]图5是波段切换功能实现流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0024]本发明提供的中长波双波段红外热像仪基于一个红外探测器,如图1所示,该热像仪包括中长波双波段红外光学系统1、中长波双波段红外焦平面探测器Π和信号处理系统。信号处理系统包括依次串接的探测器驱动电路m、数据采集电路IV和信号处理及成像电路V。
[0025]该热像仪中的各个组成器件的作用如下:中长波双波段红外光学系统I用于采集红外图像,背景或者目标发出的红外图像由该光学系统I采集,并将红外图像输出给探测器π,探测器将接收到的红外图像通过探测器驱动电路m传输给数据采集电路IV,数据采集电路IV对接收到的信息进行处理后传输给信号处理及成像电路V,信号处理及成像电路V对红外图像进行处理以实现红外成像。辐射源所发出的红外光通过中长波双波段红外光学系统照射到中长波双波段红外焦平面探测器上,在驱动电路的工作下进行光电转换从而将红外光信号转换成电荷信号,最后经数据采集电路和信号处理及成像电路输出视频信号。
[0026]根据探测器以及像元尺寸的要求和设计指标,该红外光学系统的视场角为14.58°Χ?ο.96°,采用红外透过率高且性能稳定的光学材料:单晶锗和砸化锌,共孔径透射式设计,F/#为2。通过手动调焦,补偿在-40°C?+60°C的环境温度下像面飘移造成的光学系统像质下降的影响,使像面重新聚焦到到探测器焦平面上。
[0027]本实施例中,给出一种红外光学系统的具体实施例:
[0028]如图2所示,该红外光学系统包括从物方到像方同光轴依次设置的红外物镜组1、调焦透镜组2、场镜4、第一汇聚透镜组5和第二汇聚透镜组8。
[0029]其中,红外物镜组1由依次设置的第一红外物镜1-1和第二红外物镜1-2组成,第一红外物镜1-1为正透镜,第二红外物镜1-2为负透镜;调焦透镜组2由依次设置的第一调焦透镜2-1和第二调焦透镜2-2组成,第一调焦透镜2-1为正透镜,第二调焦透镜2-2为负透镜;场镜4为正透镜;第一汇聚透镜组5由第一汇聚透镜5-1和第二汇聚透镜5-2组成,第一汇聚透镜5-1为正透镜,第二汇聚透镜5-2为负透镜;第二汇聚透镜组8为第三汇聚透镜,第三汇聚透镜为正透镜。
[0030]第一红外物镜1-1的材料为ZnSe(砸化锌),第二红外物镜1-2的材料为ZnS(硫化锌),第一调焦透镜2-1、第二汇聚透镜5-2、第三汇聚透镜8的材料为硫系玻璃,第二调焦透镜2-2、场镜4、第一汇聚透镜5-1的材料为Ge(锗)。进一步优选的,第一调焦透镜2-1、第二汇聚透镜5-2的材料为硫系玻璃IG6,第三汇聚透镜8的材料为硫系玻璃IG4。
[0031]为了是该光学系统比较紧凑,在调焦透镜组2和场镜4之间的传播光路上设置有第一反射镜3,第一汇聚透镜组5和第二汇聚透镜组8之间的传播光路上设置有第二反射镜6。
[0032]综上,该中长波双波段红外光学系统中,红外物镜组、调焦透镜组和第一反射镜共轴设置在探测光路上,场镜、第一汇聚透镜组、第二反射镜共轴设置在第一反射镜的反射光路上,第二汇聚透镜组设置在第二反射镜的反射光路上;探测器设置在第二汇聚透镜组的汇聚光路上。
[0033]本实施例的中长波红外光学系统,采用锗、砸化锌、硫化锌、硫系玻璃IG4和IG6五种不同色差系数的光学材料来校正轴向色差和球差,提高了红外光学系统的像质;将具有更小的折射率和温度系数的硫系玻璃引入中长波红外光学系统的设计中,在两个波段同时满足系统的成像和校正像差色差的要求;采用非球面设计,优化设计可选择的变量增多,像差设计易于获得优良像质;光学系统中无衍射面,大大降低了工艺要求。
[0034]该双波段红外热像仪采用640X512中长波双波段焦平面探测器,该探测器对中波3μπι?5μπι,长波8μπι?ΙΟμπι的红外辐射响应。该探测器具体为640X512碲镉汞一体式斯特林制冷型探测器,该探测器输出模式可选:中波、长波、中长波。
[0035]探测器驱动电路m为驱动探测器的电气接口,其相当于探测器与数据采集电路之间连接的桥梁,探测器通过该驱动电路将采集到的红外图像给数据采集电路。该驱动电路具备光电转换的功能,其能够将红外光信号转换成电信号进行输出。探测器的电气接口分为两类,一是工作用的各种偏置电压,二是工作时的各输入输出信号。
[0036]数据采集电路V是模拟图像信号到数字图像信号的
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