本发明涉及光学元器件技术领域，尤其是涉及一种用于非制冷红外探测器的开孔光阑。
背景技术：
非制冷红外焦平面探测器无需制冷装置，能够工作在普通温度（-50℃~ 70℃）状态下，具有体积小、质量轻、功耗小、寿命长、成本低、启动快等优点。近年来，随着非制冷红外焦平面探测器技术的不断进步和制造成本的逐渐下降，其性价比快速提升，为推动非制冷红外成像系统的大规模军品及民品市场应用创造了良好条件，非制冷红外成像技术也成为当前热成像技术发展和应用的热点之一。
在红外成像系统中，非制冷红外探测器与制冷型红外探测器相比，由于没有冷屏（即冷光阑）的保护，因此极其容易受到杂散光的干扰。非制冷探测器经长时间工作后，其外壳温度升高，并产生高温红外热辐射，由于没有冷屏的保护，这些辐射经过结构件（如探测器的前保护盖、探测器与镜头的连接座等）的反射后直接进入探测器焦平面。而探测器焦平面是由矩形的光敏元列阵组成，光敏元所处位置的不同，所接收的辐射能量也不同，从矩形阵列的中心到四周，光敏元接收的辐射能逐渐升高，导致像面四周出现发亮的非均匀图像，称之为“锅盖效应”。这些杂散光形成的图像会降低红外热成像的对比度和温度灵敏度，干扰对目标观察；严重时，被探测的目标信号完全湮没在非均匀杂散光背景中，系统无法提取目标，影响系统的探测能力，甚至导致整个系统失效。这些非均匀图像无法通过探测器前的挡板校正来削弱。对于装备在武器中的系统，长期以来，非制冷红外探测器杂散光造成的“锅盖效应”一直普遍存在，目前缺乏有效的解决措施，不利于提高红外武器装备的作战能力。
技术实现要素：
本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种能有效减少杂散光入射、提高成像质量的用于非制冷红外探测器的开孔光阑。该光阑可以使探测器焦平面上处于不同位置的光敏元接收到的辐射能量差别大大缩小，图像的均匀性得到提高，从而削弱“锅盖效应”。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于非制冷红外探测器的开孔光阑，使用时贴近非制冷探测器窗口放置，且位于探测器校正挡板与探测器焦平面之间；该光阑包括中部具有异形开孔、外框呈矩形的光阑本体；所述异形开孔呈四条圆弧边构成的四边形，所述异形开孔的四条圆弧边的内弧侧均朝向异形开孔中心，且两两相对的圆弧边对称布置；所述光阑本体的外框尺寸不小于非制冷探测器窗口的尺寸。
优选的是，所述光阑本体的外框尺寸为16.9mm×14.7mm。
优选的是，所述异形开孔的两对圆弧边的弦长分别为13.5mm、11.3mm。
优选的是，所述异形开孔的圆弧边弧高均为0.7mm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.由于光阑本体的开孔小于窗口尺寸，在不阻挡有效的信号光能量的前提下，焦平面接收到的高温热辐射能量被极大地削弱，只接收到很少部分的辐射能量，继而提高了有用信号的比例，从而有助于提高信噪比。
2.由于光阑本体的异形开孔四角内收，边线中心外扩，使位于四周的光敏元接收到的杂散辐射能量有所减小，而位于中心光敏元接收到的辐射能量基本不变，则可较大缩小了中间单元与四周单元接收到的辐射能量差别，降低杂散光造成的非均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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它的附图。
图1为异型开孔光阑在非制冷红外探测器及成像系统中的应用示意图；
图2为异型开孔光阑的平面结构示意图；
图3为不加光阑和加光阑时，探测器水平方向的光敏元接收到的杂散光照度分布的对比；
图4为不加光阑和加光阑时，探测器焦平面阵列接收到的杂散光照度分布的对比。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将以附图为基准，借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
图1为光阑本体2在非制冷红外探测器1及成像系统中的应用示意图。非制冷红外成像系统由非制冷红外镜头3和非制冷红外探测器1构成。探测器1的焦平面13为640×512元、间距15μm的光敏元阵列，封装在由探测器窗口11和探测器外壳12围成的腔体中；探测器校正挡板14为一均匀辐射的平面，当对焦平面13成像进行非均匀性校正时，探测器校正挡板14切入光路，完全遮住窗口11。非制冷红外镜头3由透镜31、镜筒32和连接座33组成。镜头3与探测器1共用光轴4。光阑本体2安装于探测器窗口11内，距窗口内表面0.2mm，光阑面与焦平面13平行，开孔的中心26（见图2）与非制冷成像系统的光轴4重合。
图2所示用于非制冷红外探测器的开孔光阑，适用于国产640×512阵列、像元间距15μm的非制冷红外探测器，使用时贴近非制冷探测器窗口放置（可在探测器窗口内，也可在探测器窗口外），且位于探测器校正挡板与探测器焦平面之间；光阑面与探测器焦平面平行；其开孔的中心与非制冷成像系统的光轴重合；该光阑包括中部具有异形开孔、外框呈矩形的光阑本体，光阑本体为一个平面结构；所述异形开孔呈四条圆弧边围成的四边形，所述异形开孔的四条圆弧边的内弧侧均朝向异形开孔中心，且两两相对的圆弧边对称布置；所述光阑本体的外框尺寸不小于非制冷探测器窗口的尺寸。
本实施例中，光阑本体2的外框21为16.9mm×14.7mm的矩形，与探测器窗口11尺寸一致；光阑本体2中间有一异形开孔22，其形状由四段关于轴24、25对称的圆弧边围成，圆弧边对应的四条弦构成一个13.5mm×11.3mm的矩形23，弧拱全部朝外，横向和纵向的弧高均为0.7mm。此时，异型开孔22最大的长度和宽度在横向和纵向的最中间，其值分别为14.9mm和12.7mm；四角处的长度和宽度最小，仅为13.5mm和11.3mm，可近似看成一个四角呈逐渐内收的矩形。
本实施例中，所述光阑本体的外框尺寸大于或等于窗口尺寸；光阑本体中间有一异形开孔，该异形开孔小于窗口尺寸，但不阻挡有效的信号光能量。
在非制冷红外成像系统中，有效信号光能量由镜头3汇聚，能够通过异形开孔正常到达焦平面13而成像；探测器外壳12产生的高温红外热辐射经连接座33反射，大部分能量被光阑本体2所阻挡，仅有少部分能量经过光阑本体2的开孔22进入焦平面。由于异形开孔的四角相对于边线有所内收，光阑本体2对四周辐射能的阻挡量大于中间，因此，与探测器1未加入光阑本体2时相比，焦平面13光敏元接收杂散辐射能量“中心弱、四周强”的趋势得到抑制，能够提高图像均匀性，削弱“锅盖效应”。而光阑本体2自身产生的热辐射，则可通过挡板14校正消除。
采用杂散光仿真三维软件对比分析了该非制冷探测器在不加光阑和加光阑时，像面接收到的杂散光辐射能量分布情况，如图3、图4所示，从图中可以看出，未加光阑时，像面接收到的杂散光辐射能量值很高，如图3(a)，且明显四角比中间能量更强，“锅盖效应”显著如图4(a)；加光阑后，杂光能量的值有明显的衰减，如图3(b)，并且图像更均匀，如图4(b)。所以可以得出该发明能有效的削弱杂散光带来的非均匀性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，凡在本发明的精神和原则之内，其对上述具体实施例所记载的技术方案或部分技术特征进行的任何修改、等同替换及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种用于非制冷红外探测器的开孔光阑，使用时贴近非制冷探测器窗口放置，且位于探测器校正挡板与探测器焦平面之间；其特征在于：包括中部具有异形开孔、外框呈矩形的光阑本体；所述异形开孔呈四条圆弧边构成的四边形，所述异形开孔的四条圆弧边的内弧侧均朝向异形开孔中心，且两两相对的圆弧边对称布置；所述光阑本体的外框尺寸不小于非制冷探测器窗口的尺寸。
2.根据权利要求1所述用于非制冷红外探测器的开孔光阑，其特征在于：所述光阑本体的外框尺寸为16.9mm×14.7mm。
3.根据权利要求1或2所述用于非制冷红外探测器的开孔光阑，其特征在于：所述异形开孔的两对圆弧边的弦长分别为13.5mm、11.3mm。
4.根据权利要求1或2所述用于非制冷红外探测器的开孔光阑，其特征在于：所述异形开孔的圆弧边弧高均为0.7mm。
技术总结