一种制冷型双波段红外光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种制冷型双波段红外光学系统，从物方到像方依次包括长波红外光学系统和中波红外光学系统，所述的长波红外光学系统依次由主物镜组、分光平板、长波中继透镜组、长波反射镜、长波调焦透镜和长波后固定组组成，所述的中波红外光学系统依次由主物镜组、分光平板、中波中继透镜组、中波反射镜、中波调焦透镜和中波后固定组组成；制冷型中波长波双波段红外光学系统采用二次成像结构型式，利于红外成像光谱仪的光瞳衔接，减小体积和重量，结构简单稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于红外光学
，具体涉及一种制冷型中波/长波双波段红外光学系统。
技术介绍
红外光谱仪是科学研究和分析检测中非常重要的设备，而现场级多波段红外成像光谱仪是新一代的检测和分析设备，具有“图谱合一”的特性，结合了传统光谱仪和光电成像技术的特点，可同时提供图像二维信息和高分辨率的光谱信息，拥有全面的成像分析能力、较高的光谱分辨率，在海洋环境监测、空气污染监测、国防研究、公共安全等领域有着广泛的应用价值。多波段红外光学系统作为现场级多波段红外成像光谱仪的核心组成部分，响应波段范围更宽，可以获得更丰富的光谱信息，使设备的分析和探测能力得到很大提升。为使现场级多波段红外成像光谱仪获得更高更精确的探测和分析能力，多波段红外光学系统使用制冷型探测器，且为了获得更小的体积和重量，多波段红外光学系统需和红外成像光谱仪干涉光学系统进行严格的光瞳匹配。之前报道的专利号为200910272921.2双波段红外光学系统，使用非制冷探测器，且没有提出光瞳匹配的问题；专利号为201110198848.6双色双视场红外成像光学系统应用背景是搜索跟踪目标，故也没有考虑光瞳匹配问题；二者都无法满足现场级多波段红外成像光谱仪使用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于根据现有技术的不足，设计一种制冷型中波/长波双波段红外光学系统，以解决现场级多波段红外成像光谱仪光瞳匹配问题，进而减小成像光谱仪体积和重量。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种制冷型双波段红外光学系统，从物方到像方依次包括长波红外光学系统和中波红外光学系统；所述的长波红外光学系统包括依次设置在入射光光轴上的主物镜组和分光平板，以及依次设置在分光平板透射光的光轴上的长波中继透镜组和长波反射镜，以及依次设置在长波反射镜反射光的光轴上的长波调焦透镜和长波后固定组；所述的中波红外光学系统包括依次设置在分光平板反射光的光轴上的中波中继透镜组和中波反射镜，以及依次设置在中波反射镜反射光的光轴上的中波调焦透镜和中波后固定组；所述中波红外光学系统和长波红外光学系统共用的主物镜组包括第一主物镜和第二主物镜，所述的第一主物镜为凸面朝向物方的正光焦度平凸透镜，所述的第二主物镜为负光焦度平凹透镜；所述的分光平板为前表面镀膜的平板玻璃，以实现长波红外透射和中波红外反射；所述的长波中继透镜组包括第一长波中继透镜和第二长波中继透镜，所述的第一长波中继透镜为凹面朝向分光平板的正光焦度弯月透镜，所述的第二长波中继透镜为凹面朝向长波反射镜的负光焦度弯月透镜；所述的长波调焦透镜为一片具有正光焦度的双凸透镜；所述的长波后固定组为凸面朝向长波反射镜的正光焦度弯月透镜；所述的中波中继透镜组包括第一中波中继透镜和第二中波中继透镜，所述的第一中波中继透镜为负光焦度双凹透镜，所述的第二中波中继透镜为凸面朝向中波反射镜的正光焦度弯月透镜；所述的中波调焦透镜和中波后固定组均为凸面朝向中波反射镜的正光焦度弯月透镜。所述的一种制冷型双波段红外光学系统，其长波红外光学系统的工作波段为7.7—12μm；所述的中波红外光学系统的工作波段为3.7—4.8μm，F数为2。所述的一种制冷型双波段红外光学系统，其分光平板法线与入射光的光轴成45°夹角；所述的长波反射镜法线与透射光的光轴成45°夹角；所述的中波反射镜法线与反射光的光轴成45°夹角。所述的一种制冷型双波段红外光学系统，其第一长波中继透镜的后表面、长波调焦透镜的前表面和/或第二中波中继透镜的前表面为高次非球面。所述的一种制冷型双波段红外光学系统，其分光平板上的镀膜为分光膜。所述的一种制冷型双波段红外光学系统，其透镜材料为单晶硅或单晶锗；所述的分光平板采用单晶锗材料。进一步，所述的一种制冷型双波段红外光学系统，其第一主物镜、第二主物镜、第一长波中继透镜、第二长波中继透镜、长波调焦透镜、长波后固定组和第二中波中继透镜均为单晶锗透镜，所述的分光平板为单晶锗平板玻璃。所述的一种制冷型双波段红外光学系统，其第一中波中继透镜、中波调焦透镜和中波后固定组均为单晶硅透镜。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用二次成像结构型式，不仅实现了100%冷光阑效率，还将入瞳设置在主物镜组前400mm处，利于红外成像光谱仪的光瞳衔接，减小体积和重量，结构简单而且稳定。2、本专利技术只使用常规单晶锗和单晶硅红外材料，且在单晶锗材料上进行非球面设计，提高了光学系统的像质，缩短了长度。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术中波红外光学系统在16lp/mm时的传递函数曲线图；图3是本专利技术长波红外光学系统在16lp/mm时的传递函数曲线图；图4是本专利技术中波红外光学系统的弥散斑图；图5是本专利技术长波红外光学系统的弥散斑图。各附图标记为：1—主物镜组，11—第一主物镜，12—第二主物镜，2—分光平板，3—长波中继透镜组，31—第一长波中继透镜，32—第二长波中继透镜，4—长波反射镜，5—长波调焦透镜，6—长波后固定组，7—中波中继透镜组，71—第一中波中继透镜，72—第二中波中继透镜，8—中波反射镜，9—中波调焦透镜，10—中波后固定组。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。参照图1所示，作为基本的实施例，本专利技术公开了一种制冷型双波段红外光学系统，从物方到像方依次包括长波红外光学系统和中波红外光学系统。所述的长波红外光学系统依次由主物镜组1、分光平板2、长波中继透镜组3、长波反射镜4、长波调焦透镜5和长波后固定组6组成；所述的中波红外光学系统依次由主物镜组1、分光平板2、中波中继透镜组7、中波反射镜8、中波调焦透镜9和中波后固定组10组成。其中：所述中波红外光学系统和长波红外光学系统共用的主物镜组1包括第一主物镜11和第二主物镜12，所述的第一主物镜11为凸面朝向物方的正光焦度平凸透镜，所述的第一主物镜11沿凸面朝外的方向设置有入瞳位，所述的第二主物镜12为负光焦度平凹透镜，光学材料均为锗。所述的分光平板2为前表面镀膜的锗材料的平板玻璃，倾斜45°使用，即分光平板2法线与入射光的光轴成45°夹角，以实现长波红外透射和中波红外反射，进一步，分光平板2上的镀膜为分光膜，经过分光平板2后，长波红外光轴会有Y方向的偏移，偏移量d的大小与材料折射率和厚度有关。所述的长波中继透镜组3由两片弯月透镜组成，均为锗透镜，第一片弯向前固定组，第二片背向前固定组，即第一长波中继透镜31为凹面朝向分光平板2的正光焦度弯月透镜，所述的第二长波中继透镜32为凹面朝向长波反射镜4的负光焦度弯月透镜。所述的长波反射镜4将光路进行90°空间转折，其法线与光轴夹角为45°，主要目的是折叠光路，提高空间利用率。所述的长波调焦透镜5为一片具有正光焦度的双凸锗透镜，可沿轴向移动，用来补偿不同温度不同物距时像面漂移造成的长波红外系统像质下降。所述的长波后固定组6由一片弯月锗透镜组成，即为凸面朝向长波反射镜4的正光焦度弯月透镜，用于将光线汇聚到长波探测器靶面上。所述的中波中继透镜组7包括第一中波中继透镜71和第二中波中继透镜72，所述的第一中波中继透镜71为负光焦度双凹硅透镜，所述的第二中波中继透镜72为凸面朝向中波反射镜8的正光焦度锗弯月透镜。所述的中波反射镜8法线与反射光的光轴成45°夹角，主要目的是折叠光路，提高空间利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制冷型双波段红外光学系统，其特征在于：从物方到像方依次包括长波红外光学系统和中波红外光学系统；所述的长波红外光学系统包括依次设置在入射光光轴上的主物镜组（1）和分光平板（2），以及依次设置在分光平板（2）透射光的光轴上的长波中继透镜组（3）和长波反射镜（4），以及依次设置在长波反射镜（4）反射光的光轴上的长波调焦透镜（5）和长波后固定组（6）；所述的中波红外光学系统包括依次设置在分光平板（2）反射光的光轴上的中波中继透镜组（7）和中波反射镜（8），以及依次设置在中波反射镜（8）反射光的光轴上的中波调焦透镜（9）和中波后固定组（10）；所述中波红外光学系统和长波红外光学系统共用的主物镜组（1）包括第一主物镜（11）和第二主物镜（12），所述的第一主物镜（11）为凸面朝向物方的正光焦度平凸透镜，所述的第二主物镜（12）为负光焦度平凹透镜；所述的分光平板（2）为前表面镀膜的平板玻璃，以实现长波红外透射和中波红外反射；所述的长波中继透镜组（3）包括第一长波中继透镜（31）和第二长波中继透镜（32），所述的第一长波中继透镜（31）为凹面朝向分光平板（2）的正光焦度弯月透镜，所述的第二长波中继透镜（32）为凹面朝向长波反射镜（4）的负光焦度弯月透镜；所述的长波调焦透镜（5）为一片具有正光焦度的双凸透镜；所述的长波后固定组（6）为凸面朝向长波反射镜（4）的正光焦度弯月透镜；所述的中波中继透镜组（7）包括第一中波中继透镜（71）和第二中波中继透镜（72），所述的第一中波中继透镜（71）为负光焦度双凹透镜，所述的第二中波中继透镜（72）为凸面朝向中波反射镜（8）的正光焦度弯月透镜；所述的中波调焦透镜（9）和中波后固定组（10）均为凸面朝向中波反射镜（8）的正光焦度弯月透镜。...

【技术特征摘要】
1.一种制冷型双波段红外光学系统，其特征在于：从物方到像方依次包括长波红外光学系统和中波红外光学系统；所述的长波红外光学系统包括依次设置在入射光光轴上的主物镜组（1）和分光平板（2），以及依次设置在分光平板（2）透射光的光轴上的长波中继透镜组（3）和长波反射镜（4），以及依次设置在长波反射镜（4）反射光的光轴上的长波调焦透镜（5）和长波后固定组（6）；所述的中波红外光学系统包括依次设置在分光平板（2）反射光的光轴上的中波中继透镜组（7）和中波反射镜（8），以及依次设置在中波反射镜（8）反射光的光轴上的中波调焦透镜（9）和中波后固定组（10）；所述中波红外光学系统和长波红外光学系统共用的主物镜组（1）包括第一主物镜（11）和第二主物镜（12），所述的第一主物镜（11）为凸面朝向物方的正光焦度平凸透镜，所述的第二主物镜（12）为负光焦度平凹透镜；所述的分光平板（2）为前表面镀膜的平板玻璃，以实现长波红外透射和中波红外反射；所述的长波中继透镜组（3）包括第一长波中继透镜（31）和第二长波中继透镜（32），所述的第一长波中继透镜（31）为凹面朝向分光平板（2）的正光焦度弯月透镜，所述的第二长波中继透镜（32）为凹面朝向长波反射镜（4）的负光焦度弯月透镜；所述的长波调焦透镜（5）为一片具有正光焦度的双凸透镜；所述的长波后固定组（6）为凸面朝向长波反射镜（4）的正光焦度弯月透镜；所述的中波中继透镜组（7）包括第一中波中继透镜（71）和第二中波中继透镜（72），所述的第一中波中继透镜（71）为负光焦度双凹透镜，所述的第二中波中继透镜（72）为凸面朝向中波反射镜（8）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭良贤，吴耀，左腾，耿安兵，熊涛，梁娟，李彪，
申请(专利权)人：湖北久之洋红外系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42