一种高分辨率大视场长波红外成像系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种红外成像系统，具体涉及一种高分辨率大视场长波红外成像系统，用于解决现有长波红外成像系统采用高分辨率的大面阵非制冷型红外探测器来扩大成像系统水平视场角的同时，无法做到低成本化的不足之处。该高分辨率大视场长波红外成像系统，包括透镜组件、分光棱镜和四个探测器，通过分光棱镜将像面分割为四个，每个部分由一个相应的探测器接收图像，并利用软件实现无缝拼接，实现了成像系统的高分辨率大视场的要求。像系统的高分辨率大视场的要求。像系统的高分辨率大视场的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨率大视场长波红外成像系统


[0001]本技术涉及一种红外成像系统，具体涉及一种高分辨率大视场长波红外成像系统。

技术介绍

[0002]长波红外成像系统是一种可以将目标处于8μm～14μm波段的红外辐射通过光电转换、信号处理等过程转换为视频图像的设备，相较于制冷型长波红外成像系统，非制冷型长波红外成像系统的出现解决了对超低温冷却工作环境的苛刻要求，并且伴随而来的成本、功耗和体积的大幅度降低，使得非制冷型长波红外成像系统成为市场主流。
[0003]对于非制冷型长波红外成像系统，像元分辨率与目标距离、探测器像元分辨率、成像系统焦距有关，其具体关系如下式(1)：
[0004][0005]其中，GSD为像元分辨率，μ为探测器像元分辨率，H为目标距离，f为成像系统焦距；
[0006]成像系统水平视场角与探测器水平方向尺寸、成像系统焦距有关，三者满足以下式(2)关系：
[0007][0008]其中，θ为成像系统水平视场角，y为探测器水平方向尺寸，f为成像系统焦距。
[0009]结合公式(1)和(2)，对于远距离目标，如果想看得更清楚，需要增加成像系统焦距，而成像系统匹配的探测器选定后，成像系统焦距越长，能够观测到的成像系统水平视场角越小，探测器分辨率成为限制成像系统水平视场角的主要因素。
[0010]探测器分辨率可以通过其阵列规模表征，目前市场主流非制冷型红外探测器的常规阵列规模包括160
×
120、320
×
256、384
×<br/>288、640
×
512、1280
×
1024和1920
×
1080，探测器阵列规模越大，探测器分辨率越高；但由于非制冷型红外探测器的价格随着阵列规模增大呈几何倍数增长，长波红外成像系统采用高分辨率的大面阵非制冷型红外探测器来扩大成像系统水平视场角的同时，无法做到低成本化。

技术实现思路

[0011]本技术的目的是解决现有长波红外成像系统采用高分辨率的大面阵非制冷型红外探测器来扩大成像系统水平视场角的同时，无法做到低成本化的不足之处，提供一种高分辨率大视场长波红外成像系统。
[0012]为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本技术提供了如下技术解决方案：
[0013]一种高分辨率大视场长波红外成像系统，包括透镜组件、分光棱镜和四个探测器，其特殊之处在于：
[0014]所述透镜组件包括沿光路依次共轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；
[0015]所述分光棱镜用于分割像面，分光棱镜上设置有四个反射面，四个反射面与基面之间的夹角为45
°
，两个相对的反射面之间的夹角为90
°
；
[0016]所述四个探测器用于接收图像，四个探测器与四个反射面一一对应，两个相邻的探测器之间相互垂直，且四个探测器均与成像系统的光轴平行；
[0017]所述透镜组件将光线聚集到分光棱镜所在的焦平面，由分光棱镜的四个反射面将光线分别反射到四个探测器光敏面上，四个探测器分别生成一个子图像，四个子图像通过软件拼接形成完整图像。
[0018]进一步地，所述四个探测器均为阵列规模为1280
×
1024的非制冷型红外探测器，像元尺寸为12μm。
[0019]进一步地，所述四个子图像之间的像素重叠率为5％，用于防止部分目标图像丢失。
[0020]进一步地，所述第一透镜的第二面、第二透镜的第一面均为衍射非球面。
[0021]进一步地，所述第三透镜的材质为硫系玻璃。
[0022]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0023](1)本技术采用像方拼接，通过分光棱镜将像面分割为四个，每个部分由一个相应的探测器接收图像，并利用软件实现无缝拼接，实现了成像系统的高分辨率大视场的要求。
[0024](2)本技术利用四个阵列规模为1280
×
1024的非制冷型红外探测器，实现了接近2K
×
2K分辨率的系统设计，提高成像分辨率的同时相对于单个2K
×
2K的非制冷型红外探测器，实现了低成本化。
[0025](3)本技术中的透镜组件采用了衍射光学元件与硫系玻璃的组合，只使用了两种材料即实现了矫正色差以及提高高低温性能的目的，相较于至少使用三种材料的全折射系统，本技术简化了成像系统结构，使成像系统有了更大的设计自由度。
附图说明
[0026]图1为本技术一个实施例的光学结构示意图；
[0027]图2为本技术中分光棱镜的结构示意图；
[0028]图3为图1实施例四个子图像的拼接示意图；
[0029]图4为图1实施例的调制传递函数曲线；
[0030]图5为图1实施例的公差曲线；
[0031]图6为图1实施例的畸变曲线。
[0032]附图标记说明如下：1
‑
透镜组件，11
‑
第一透镜，12
‑
第二透镜，13
‑
第三透镜，14
‑
第四透镜；2
‑
分光棱镜，21
‑
反射面；3
‑
探测器，31
‑
探测器光敏面。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步地说明。
[0034]参照图1，一种高分辨率大视场长波红外成像系统，包括透镜组件1、分光棱镜2和
四个探测器3。
[0035]所述透镜组件1包括沿光路依次共轴设置的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13和第四透镜14，具体相关参数见表1；所述第一透镜11的第二面、第二透镜12的第一面均为衍射非球面，衍射光学元件具有特殊的衍射色散消色差，其对于长波红外波段的等效阿贝常数和光学材料的阿贝常数是异号的，并且衍射光学元件还具有负的热差效应，可实现被动无热化；所述第三透镜13的材质为硫系玻璃，硫系玻璃透过波段范围广、加工率高、能适应较大温差、且成本较锗更低。透镜组件1通过衍射光学元件与硫系玻璃的组合实现了矫正色差以及提高高低温性能的目的，并进一步减少了成像系统所需的光学元件数量，减少了成像系统的体积和重量。
[0036]表1
[0037][0038]参照图2，所述分光棱镜2上设置有四个反射面21用于分割成像系统像面，四个反射面21与基面之间的夹角为45
°
，两个相对的反射面21之间的夹角为90
°
；所述四个反射面21的光学表面均为平面。
[0039]所述四个探测器3用于接收图像，四个探测器3与四个反射面21一一对应，两个相邻的探测器3之间相互垂直，且四个探测器3均与成像系统的光轴平行；所述透镜组件1将光线聚集到分光棱镜2所在的焦平面，由分光棱镜2的四个反射面21将光线分别反射到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率大视场长波红外成像系统，包括透镜组件(1)、分光棱镜(2)和四个探测器(3)，其特征在于：所述透镜组件(1)包括沿光路依次共轴设置的第一透镜(11)、第二透镜(12)、第三透镜(13)和第四透镜(14)；所述分光棱镜(2)用于分割像面，分光棱镜(2)上设置有四个反射面(21)，四个反射面(21)与基面之间的夹角为45
°
，两个相对的反射面(21)之间的夹角为90
°
；所述四个探测器(3)用于接收图像，四个探测器(3)与四个反射面(21)一一对应，两个相邻的探测器(3)之间相互垂直，且四个探测器(3)均与成像系统的光轴平行；所述透镜组件(1)将光线聚集到分光棱镜(2)所在的焦平面，由分光棱镜(2)的四个反射面(21...

【专利技术属性】
技术研发人员：范哲源，韩飞，刘西站，吕园成，周凯伦，
申请(专利权)人：西安微普光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：