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专利名称：手持式制冷热像仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及手持式制冷热像仪，是一种具有红外成像光学系统的手持式制 冷热像仪。
背景技术：
制冷型便携(手持)式红外热像仪，与非制冷热像仪相比较，具有分辨率高、作 用距离远的特点，具有相当大的应用价值与前景。当热像仪的使用环境要求其具备小型 化、轻量化特点，对热像仪的外型设计要求很高。但由于制冷红外热像仪必须采用制冷 探测器，该制冷探测器的较大尺寸制约了热像仪的小型化、轻量化设计。现广泛采用的制冷探测器(一般为320X256)具有较大的长度尺寸与高度尺寸， 而宽度尺寸相对较小。因此，如果光学系统采用常规光学与之配合使用，光学系统自身 具有一定的长度与口径，再加上制冷探测器的长度与高度，则热像仪整体的长度与高度 将会很大，严重影响热像仪的便携性能，降低其实用性。在制冷型便携(手持)式红外热像仪设计中，如采用常规光学系统成像方式，会 存在以下主要缺陷1、热像仪的整体长度过大，制约其便携性能。由于光学系统与制冷探测器都具 有一定的长度，直接对接会导致热像仪长度较长，这就直接影响热像仪的便携性能。2、降低热像仪的整体高度与保持4 3的成像画面比例成为矛盾。由于制冷探 测器在高度方向会有一个较大的制冷机，会直接加大热像仪的高度尺寸，不适合手持， 如要降低热像仪整体高度，就需要将制冷探测器沿光轴旋转90°使制冷机平躺安置。但 由于制冷探测器靶面为320X256像素组合，旋转后就成为256X320，这样成像的图像幅 面也就是3 4的比例，长宽比颠倒，不符合一般人眼适宜的画面比例(4 3)。目前，现有技术在手持式制冷热像仪、即制冷型便携(手持)式红外热像仪的设 计上，为了克服上述缺陷，一般在光学系统中加入一个反射镜片，将光路折转90°，可 以减小热像仪的长度尺寸；同时制冷探测器的制冷机倒置安置，这样就可以将热像仪的 高度降低；而制冷探测器采用256X320像素的特制型号，可以避免画面长宽比例颠倒。 但这种特制256X320像素的制冷探测器价格昂贵。
发明内容本实用新型的目的在于，克服现有技术的缺点，针对热像仪外型尺寸与常规制 冷探测器的矛盾关系，本实用新型在光学系统中引入一组反射镜组，进行光路的多次折 转，从而实现热像仪内部的合理布置设计，能够将光学系统与制冷探测器沿两个方向分 别安置；而且制冷探测器能够旋转90°以降低热像仪高度尺寸，同时成像画面比例依然 保持43的人眼适宜画面比例。本实用新型的技术方案是一种手持式制冷热像仪，其特征在于，包括前组透镜组，反射镜组，后组透镜组，制冷探测器；所述的反射镜组包括第一反射镜片和第二反射镜片，用于使光路经过 两次折转后实现X-Y坐标换为Y-X坐标；所述的前组透镜组的一次成像面在反射镜组的 第一反射镜片和第二反射镜片之间；所述的后组透镜组位于经过反射镜组两次折射后的 光路上，用于实现二次成像，将接收的能量成像于制冷探测器靶面上；制冷探测器沿光 轴旋转90°，其靶面坐标为Y-X关系与经过反射镜组两次折转后光路截面的Y-X坐标保 持一致；所述的前组透镜组和后组透镜组是正焦距组元。进一步的技术方案是所述的手持式制冷热像仪，其探测器制冷机平躺安置；所述第一反射镜片绕X 轴旋转45°安置，使光线从Z轴向Y轴折转90°。所述的手持式制冷热像仪，其第二反射镜片绕Z轴旋转45°安置，使光线从Y 轴向X轴折转90°，用于实现制冷探测器的横向即X轴方向布置，以及探测器制冷机的 平躺安置。本实用新型技术原理、突出的特点及显著的有益效果是1、光学系统整体为二次成像形式，易于实现。前组透镜组与后组透镜组组成制 冷型红外系统常用的二次成像结构形式，透镜均采用常规红外材料，易于实现。2、反射镜组实现光路折转与坐标互换，形式精巧。两片反射镜片在空间上实现 光路不同方向的折转，最终完成了光路折转与坐标互换，形式精巧。3、探测器制冷机平躺安置，有效减小热像仪整体高度。由于反射镜组实现了坐 标互换，因此制冷探测器就可以旋转90°而使制冷机平躺安置，同时保持4 3的画面比 例。4、通过引入反射镜组实现光路折转，减小了热像仪长度尺寸。反射镜组将系统 光路分别在两个方向进行折转，最终出射光路与入射光路成90°夹角，从而能够将光学 系统与制冷探测器沿两个方向分别安置，有效减少了热像仪整体的长度尺寸。5、通过引入反射镜组实现坐标互换，解决了降低热像仪的整体高度与保持 4 3的成像画面比例的矛盾。通过反射镜片的空间配合使用，可以将光路实现折转的同 时水平方向(坐标X)与垂直方向(坐标Y)实现互换。这样，探测器沿光轴旋转90°， 其靶面的XY坐标同时互换，正好就与光路的坐标互换保持一致，成像画面比例依然能 够保持4 3，而制冷机平躺安置就有利于热像仪整体高度的降低，从而巧妙解决了这一 矛盾。

图1手持式制冷热像仪示意图；图2反射镜组合坐标互换原理示意图；图3手持式制冷热像仪光学系统示意图；图4手持式制冷热像仪光学系统传函图；此传函图是代表光学系统的成像质 量，水平坐标代表空间频率，垂直坐标代表系统的调制传递函数值，该值越大，代表光 学系统分辨率越高，系统像质越优良。图中各标记的名称如下1-前组透镜组；2-反射镜组；2.1-第一反射镜片；2.2-第二反射镜片；3_后组透镜组；4-制冷探测器；4.1-探测器制冷机。
具体实施方式
结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明如下—种手持式制冷热像仪，其特征在于，包括前组透镜组1，反射镜组2，后组透 镜组3，制冷探测器4;所述的反射镜组2包括第一反射镜片2.1和第二反射镜片2.2，用 于使光路经过两次折转后实现X-Y坐标换为Y-X坐标；所述的前组透镜组1的一次成 像面在反射镜组2的第一反射镜片2.1和第二反射镜片2.2之间；所述的后组透镜组3位 于经过反射镜组2两次折射后的光路上，用于实现二次成像，将接收的能量成像于制冷 探测器4靶面上；制冷探测器4沿光轴旋转90°，其靶面坐标为Y-X关系与经过反射镜 组2两次折转后光路截面的Y-X坐标保持一致。所述前组透镜组1和后组透镜组3是正 焦距组元。所述探测器制冷机4.1平躺安置；所述第一反射镜片2.1绕X轴旋转45°安 置，使光线从Z轴向Y轴折转90°。所述第二反射镜片2.2绕Z轴旋转45°安置，使光 线从Y轴向X轴折转90°，用于实现制冷探测器4的横向即X轴方向布置，以及探测器 制冷机4.1的平躺安置。所述靶面坐标为Y-X关系与经过反射镜组2两次折转后光路截 面的Y-X坐标保持一致，即光学系统的坐标关系与制冷探测器4的坐标关系相对不变， 从而确保成像画面保持适宜人眼的43比例。再进一步说明结构及原理如下前组透镜组主要承担系统的聚焦任务并成一次 像，后组透镜组形成二次成像，缩小系统的口径，并对前组构成一定的放大倍率。二次 成像光学系统的主要作用是将目标的辐射聚焦成像于制冷探测器靶面上，同时满足制冷 探测器特有的100%冷光阑效应。在设计上尽量减小系统长度，以有利于热像仪整体的小 型化，但同时要控制前组透镜组与后组透镜组的间隔，留出反射镜组的布置空间。制冷 探测器根据光路的折转方向与光路截面的坐标变换，实现横向布置，同时制冷探测器沿 光轴X轴旋转90°，使其制冷机平躺安置，从而有利于热像仪整体高度的降低。最终前 组透镜组、后组透镜组、反射镜组各部分的设计与优化，形成焦距为150_的红外热成 像光学系统。整体系统为二次成像形式，满足制冷型红外系统100%冷光阑效应。系统 传函优良，满足制冷探测器分辨需求，成像结果能够满足使用需求。
权利要求1.一种手持式制冷热像仪，其特征在于，包括前组透镜组(1)，反射镜组(2)，后组 透镜组(3)，制冷探测器⑷；所述的反射镜组(2)包括第一反射镜片(2.1)和第二反射 镜片(2.2)，用于使光路经过两次折转后实现X-Y坐标换为Y-X坐标；所述的前组透镜 组(1)的一次成像面在反射镜组(2)的第一反射镜片(2.1)和第二反射镜片(2.2)之间； 所述的后组透镜组(3)位于经过反射镜组(2)两次折射后的光路上，用于实现二次成像， 将接收的能量成像于制冷探测器(4)靶面上；制冷探测器(4)沿光轴旋转90°，其靶面 坐标为Y-X关系与经过反射镜组(2)两次折转后光路截面的Y-X坐标保持一致；所述前 组透镜组(1)和后组透镜组(3)是正焦距组元。
2.根据权利要求1所述的手持式制冷热像仪，其特征在于，所述第一反射镜片(2.1) 绕X轴旋转45°安置，使光线从Z轴向Y轴折转90°。
3.根据权利要求1所述的手持式制冷热像仪，其特征在于，所述第二反射镜片(2.2) 绕Z轴旋转45°安置，使光线从Y轴向X轴折转90°，用于实现制冷探测器(4)的横向 即X轴方向布置，以及探测器制冷机(4.1)的平躺安置。
专利摘要本实用新型涉及手持式制冷热像仪，包括前组透镜组，反射镜组，后组透镜组，制冷探测器；反射镜组包括第一反射镜片和第二反射镜片，用于使光路经过两次折转后实现X-Y坐标换为Y-X坐标；前组透镜组的一次成像面在反射镜组的第一反射镜片和第二反射镜片之间；组透镜组位于经过反射镜组两次折射后的光路上，用于实现二次成像，将接收的能量成像于制冷探测器靶面上；制冷探测器沿光轴旋转90°，其靶面坐标为Y-X关系与经过反射镜组两次折转后光路截面的Y-X坐标保持一致；前组透镜组和后组透镜组是正焦距组元。本实用新型优点是有效减小热像仪整体高度，同时成像画面比例依然保持4∶3的人眼适宜画面比例；透镜均采用常规红外材料，易于实现。
文档编号G01J5/08GK201803798SQ20102020950
公开日2011年4月20日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者吴学鹏, 李勇, 杨长城, 耿安兵, 郭良贤 申请人:湖北久之洋红外系统有限公司