一种红外光学系统，包括探测器（１１２）和一个用于使杂散光免于射向探测器（１１２）的光阑（１２６），其特征在于光阑（１２６）显示负性冷光以减少入射到探测器（１１２）上的光辐射。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种红外光学系统，特别地涉及在这种包含背景受限探测器的系统中的降噪。当红外探测器的噪声主要由到达它上面的光子率的波动引起时，就称此探测器为“背景受限”。这样一个处于红外光学系统中的探测器将同时接收到成象景物发出的光子和不包含景物信息的杂散辐射源所发出的光子。如果杂散光辐射能被减少或削除，那么可以在不影响由景物发出的光子的情况下使探测器的噪声减小因此也就提高了系统的信噪比。在使用冷探测元件阵列的红外光学系统中，为了减少杂散辐射，众所周知要用到一种自身已被探测器冷却装置冷却的屏蔽罩。屏蔽罩被冷却是为了减少它对探测器阵列的热辐射。然而，在实际中很难提供一种有效的冷屏蔽罩。这个问题的产生缘于探测器阵列的有限尺寸，为了避免阵列边缘上的元件产生光晕，冷屏蔽罩开口的尺寸必须加大，这就使它的效果减弱。这个问题可以通过使用一个更大的、距离探测器阵列更远的屏蔽罩来加以缓解，但这增加了制冷难度。大的冷屏蔽罩提高了对制冷装置的要求并加长了制冷时间，而小屏蔽罩又不能有效地去除杂散光辐射。这个问题在具有高f数的红外光学系统和/或应用诸如长线阵或二维探测元件阵列的大探测器的系统中尤为严重。减少杂散光的一种方法是，在红外光学系统中负责将景物成象于探测器上的透镜的周围放置一个未制冷的凹面镜。凹面镜具有一个中心孔以容纳透镜。凹面镜的曲率半径等于镜面与探测器之间的间距，从而使它的象恰好成于探测器上。此凹面镜必须具有低辐射率并因此而产生相对少的光子。然而凹面镜能向探测器反射杂散光辐射，且该镜仍有造成麻烦的剩余发射，另外此镜还带来对准问题。本专利技术的一个目的就是提供另外一种形式的红外光学系统。本专利技术提供了一种红外光学系统，此系统包括探测器和一个用于排除射向探测器的杂散光辐射的光阑，其特征在于此光阑显示负性冷光从而减少了入射到探测器上的辐射量。本专利技术的优点是，探测器经光阑将入射的杂散光辐射屏蔽，不会产生使用那种除不发负性冷光以外其它性能都相同的光阑所受到的高辐射的不利后果。该光阑最好含有与系统光轴同轴的孔。该系统可以含有单独一个用来将红外辐射定向到探测器上的物镜，和一个为探测器设置的冷屏蔽罩，光阑则置于透镜和冷屏蔽罩之间。此系统也可包含多个聚焦元件，它们被组合在一起用来将景物成象于探测器上，光阑被置于聚焦元件和系统的探测器中间。光阑可以被放置在探测器和距探测器最近的那个聚焦元件之间，或者被放置在多个聚焦元件内的某个焦平面上。此系统还可包含一个置于探测器上方的用以扫描景物的装置。此系统可包含置于探测器上方的用于扫描景物的扫描仪，光阑置于探测器和距探测器最近的那个光学元件之间。光阑可以至少部分地包含半导体材料，此半导体材料可以加上电偏置以产生负性冷光。在优选实施方案中，此半导体材料选用碲化镉汞或以锑化铟为基础的材料。也可选用任何其它可发负性冷光的II-VI族三元化合物(如碲化锌汞，碲化锰汞，碲化镁汞等)。在本专利技术的另一方面提供了一种屏蔽红外探测器以避免其遭受外来辐射的方法，此方法包含如下各步(a)为此探测器提供一个光阑，此光阑包含一个入射光孔，该光阑至少部分地含有负性冷光材料；(b)电控此负性冷光材料使它发出的红外光强低于周围环境的水平；且(c)通过此负性冷光光阑的入射光孔将景物的光辐射聚焦在探测器上。这种方法的优点是无须在此成象器的其它操作特性上花费太大的成本就可以改善热成象质量。为了使本专利技术能被更全面的理解，现在参考附图将对它的一个例子进行描述，其中附图说明图1是现有技术红外光学系统的原理图；和图2是本专利技术的一个红外光学系统的原理图。参考图1，所示为采用现有技术进行冷屏蔽的红外光学成象系统，并用10来标出。系统10包含红外探测器12，它被放在冷屏蔽罩14中且被安装在冷支架16上。探测器12可以是探测元件阵列或单个的探测元件。它位于物镜18的焦平面上，物镜将远处景物(未标出)成象于探测器上，如光线20和22所示。冷屏蔽罩14用来将入射至探测器12的光辐射量限制在由远处景物发出的并由透镜18聚焦到探测器12的光辐射量。然而，尽管用了冷屏蔽罩14，仍可能有不是直接从远处景物收到的杂散光线抵达探测器12。这可由光线24示出，光线24是由从透镜18入射到探测器12上的由光线22所包围的光线锥以外射来的。结果，使入射光子产生的探测器噪声高于入射光线只局限于光线22所包围光线锥时的情况。通过增大冷屏蔽罩14的尺寸从而减小其上表面与透镜18之间的间隔来改善这个问题也许是可能的。然而，由于这种方法增加了热质量，加长了冷却时间，提高了对制冷能力的要求，因此并没有多少吸引力。现在参考图2，所示为本专利技术的冷屏蔽红外光学系统，并用100标出。那些与前述等效的部分在相应的数字序号上加100。系统100包含一个被置于冷屏蔽罩114中的红外探测器112，探测器和屏蔽罩都被安装在冷支架116上，并与其保持热平衡。物镜118将来自远处景物的平行光线120聚焦在探测器112上，由汇聚光线122示出，探测器位于透镜的焦平面上。带有入射光孔的发光二极管(LED)126被放置在冷屏蔽罩114和透镜118之间，且与透镜光轴128同轴。LED 126是能按照适当极性的偏置信号产生负性冷光的器件。LED 126和入射光孔的形状取决于系统100中探测器112的形状。对于探测器元件的排列基本上为二维方阵或单个探测元件的情况，LED 126应为环形。但如果探测器阵列基本上是一维的，则LED 126和入射光孔为椭圆形且长轴沿探测器轴线方向时能发挥最佳效能。LED 126发射负性冷光的现象是众所周知的。它涉及比背景水平更低的辐射发射，Bolgov等人在1993年1月的《半导体》27(1)中对此有所叙述。Berdahl等人在《红外物理》29卷，2-4期，pp 667-672，1989中对此也有描述。做负性冷光器件较为合适的材料包括碲化镉汞，锑化铟和其它源于II-VI族半导体系统的三元化合物。LED 126具有一个负责产生负性冷光的有源下表面132。因此，同与周围环境处于热平衡的表面相比，面132产生的光子较少。由诸如光线134所示的从探测器112传来的光子被面132吸收，而面132反回的光子流量密度要低于与此面等温的传统光屏蔽器所发射的光子量。结果面132起到了一个光阑的作用，它既可以防止杂散光入射到探测器112上，同时本身又比普通光阑有更小的辐射度。所以与如图1中光线24等效的杂散光辐射在到达探测器112之前大部分都已被排除掉，而后者也就接收不到由除了不发负性冷光以外其它结构和特性都等同的未制冷平面所发出的那么多的辐射。由于LED126并不需要制冷，因此它可以迅速启动而不需要象采用大的冷屏蔽罩时那样的长制冷时间。而且，如果LED 126发出的负性冷光足够强，它将为探测器112提供附加的制冷效果。这种情况的尺度是，由探测器112发射到LED 126上的辐射比由LED 126发出而被探测器112吸收的辐射大。这带来的好处是，与原本已较为合适的对116制冷能力的要求相比，其对支架116制冷能力的要求更低了。所示的光学系统100是利用单个物镜118将远处景物成象于探测器112上的。众所周知还有应用多透镜和/或多个面镜来成象的更复杂的成象系统。在这样的系统中，如果LED 126被放本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：T·阿什利，C·T·艾利奥特，N·T·戈登，R·S·哈尔，
申请(专利权)人：英国国防部，
类型：发明
国别省市：
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