一种折反式小型化短波红外成像光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种折反式小型化短波红外成像光学系统，沿光线传播方向，由依次设置的弯月形无焦保护透镜、主反射镜、次反射镜、成像透镜组和平面滤光片组成，采用折反式光学结构，并通过各弯月形透镜的弯曲方向及胶合透镜的设置以及各透镜光焦度及表面曲率的优化配置，有效减少透镜数量、简化了光学系统结构，实现了长焦光学系统的小型化、轻量化，同时，次反射镜采用球面镜，降低加工、检测难度和加工成本，各透镜均为球面镜，有效降低系统误差敏感度，提高装配效率。提高装配效率。提高装配效率。

【技术实现步骤摘要】
一种折反式小型化短波红外成像光学系统


[0001]本专利技术涉及短波红外光学系统领域，具体涉及一种折反式小型化短波红外成像光学系统。

技术介绍

[0002]短波红外波段(0.9～1.7μm)的光由于超出可见光光谱范围不能被人眼直接观察，但是其与物体的相互作用同可见光相同。相较于只有在冷背景下才能探测到温暖物体的热成像仪，利用短波红外的反射光所成的像具有阴影和反差，其图像的分辨率和细节可同可见光向媲美。
[0003]短波红外成像技术现已在科学、军事、民用等方面的微光夜视、精确制导、空间遥感、近红外光谱分析、工业控制、生物医疗和航天航空等领域获得广泛的应用；军事上用于可视
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短波红外夜视、短波红外主动照明光源探测、伪装识别、激光制导和激光雷达等；在空间探测领域已成功用于深空探测；在遥感方面用于探测地球矿产资源，监测土壤、植被含水量及大气成份变化，农作物估产及防灾减灾等；在商用方面可用作各种短波红外光谱仪、短波红外探伤、短波红外测定含量、半导体器件制造业中的芯片在线自动检测等；并已经开始越来越多应用于生物医学领域。由于绿色植物反射近红外和短波红外的能力很强，而人造绿色涂料却很弱，因此可以用来识别军用迷彩伪装。该技术用于战场将极大提高侦察能力和监视能力。
[0004]此外，短波红外成像仪可以探测相应波段的短波红外激光，特别是探测测距或照射指示的1.06μm激光和人眼安全的1.5Xμm激光。由于短波红外探测器的高灵敏度和大阵列，短波红外成像仪能大范围、精确地探测短波红外激光光源的位置，可以作为光电对抗系统的传感器使用。
[0005]由此可见，设计开发短波红外光学系统非常必要，而长焦距小型化是短波红外光学系统的设计难点。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种折反式短波红外光学系统，能够实现长焦短波红外光学系统的小型化、轻量化。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种折反式小型化短波红外成像光学系统，沿光路传播方向，所述光学系统由依次同轴设置的弯月形无焦保护透镜、主反射镜、次反射镜、成像透镜组和平面滤光片组成，所述弯月形无焦保护透镜设在最前方，所述主反射镜中心开孔，次反射镜正对所述开孔设置，所述主反射镜的反射面为凹面且朝向物方，次反射镜的反射面为凸面且朝向像方，所述主反射镜接收从弯月形无焦保护透镜入射的光线并反射至次反射镜，所述次反射镜接收主反射镜反射的光线并反射至成像透镜组，所述成像透镜组位于次反射镜和成像面之间，用于将次反射镜的反射光进行会聚、并经平面滤光片后成像在成像面上。
[0008]具体地，所述成像透镜组包括第一弯月形负透镜、第一双凸正透镜、第二弯月形负透镜、双凹负透镜、第一弯月形正透镜、第三弯月形负透镜和第二双凸正透镜；第一弯月形负透镜与第一双凸正透镜组成第一胶合透镜，第一弯月形正透镜与第三弯月形负透镜组成第二胶合透镜。
[0009]进一步地，所述的弯月形无焦保护透镜、第一弯月形负透镜、第二弯月形负透镜均弯向像方设置，第一弯月形正透镜、第三弯月形负透镜均弯向物方设置。
[0010]进一步地，所述主反射镜的反射面为中心开孔的抛物面，所述次反射镜的反射面为球面，弯月形无焦保护透镜以及成像透镜组的各透镜表面均为球面。
[0011]进一步地，所述的弯月形无焦保护透镜的材质为H
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BAK5、主反射镜的材质为熔石英玻璃、次反射镜的材质为熔石英玻璃、第一弯月形负透镜的材质为H
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ZF62、第一双凸正透镜的材质为H
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LAK59A、第二弯月形负透镜的材质为H
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ZLAF76、双凹负透镜的材质为H
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K6、第一弯月形正透镜的材质为H
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QK3L、第三弯月形负透镜的材质为H
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ZLAF66、第二双凸正透镜的材质为H
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LAF51、平面滤光片的材质为熔石英玻璃。
[0012]进一步地，采用轴向移动第二双凸正透镜的方式实现系统在
‑
40℃～+60℃温度范围内的像面离焦补偿及由于被观察景物的距离变化所引起的系统离焦补偿，从而保证系在不同环境温度条件下对不同距离物体的清晰成像，总移动行程3.0mm。
[0013]进一步地，所述光学系统需满足以下条件：
[0014]‑
0.3≤f2/f≤
‑
0.2，
‑
0.1≤f3/f≤
‑
0.05，
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0.08≤f4/f≤
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0.04，0.03≤f5/f≤0.05，
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0.06≤f6/f≤
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0.04，
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0.05≤f7/f≤
‑
0.03，0.08≤f8/f≤0.1，
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0.6≤f9/f≤
‑
0.4，0.06≤f
10
/f≤0.08，
[0015]其中f为短波红外成像光学系统的焦距，f2为主反射镜的有效焦距，f3为次反射镜的有效焦距，f4为第一弯月形负透镜的有效焦距，f5为第一双凸正透镜的有效焦距，f6为第二弯月形负透镜(6)的有效焦距，f7为双凹负透镜(7)的有效焦距，f8为第一弯月形正透镜(8)的有效焦距，f9为第三弯月形负透镜(9)的有效焦距，f
10
为第二双凸正透镜(10)的有效焦距。
[0016]进一步地，所述弯月形无焦保护透镜与主反射镜之间的空气间隔为90mm，所述主反射镜与次反射镜之间的空气间隔为77mm，所述次反射镜与第一弯月形负透镜之间的空气间隔为62mm，所述第一胶合透镜I与第二弯月形负透镜之间的空气间隔为10mm，所述第二弯月形负透镜与双凹负透镜之间的空气间隔为6.95mm，所述双凹负透镜与第二胶合透镜II之间的空气间隔为6.1mm，所述第二胶合透镜II与第二双凸正透镜之间的空气间隔为5.0mm，所述第二双凸正透镜与平面滤光片之间的空气间隔为6.0mm。
[0017]进一步地，所述的光学系统实现的技术参数为：工作波段：0.9μm～1.7μm；F#：5.0；焦距：500mm；视场：1.10
°×
0.88
°
；其中，F#计算公式为f/D，f为光学系统的焦距，D为入射光瞳直径。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]1、采用折反式光学结构形式，通过各弯月形透镜的弯曲方向及胶合透镜的设置以及各透镜光焦度及表面曲率的优化配置，有效减少透镜数量、简化了光学系统结构，实现长焦光学系统的小型化、轻量化。
[0020]2、次反射镜采用球面镜，解决了传统折反式系统中由于次反射镜为二次曲面从而要求在次反射镜的加工检验过程中需要配做相应的高精度标准透镜的问题。因此，降低了
次反射镜的加工、检测难度，极大降低反射镜的加工成本。
[0021]3、光学系统中除主反射镜外全部采用球面，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种折反式小型化短波红外成像光学系统，其特征在于，沿光路传播方向，所述光学系统由依次同轴设置的弯月形无焦保护透镜（1）、主反射镜（2）、次反射镜（3）、成像透镜组和平面滤光片（11）组成，所述弯月形无焦保护透镜（1）设在最前方，所述主反射镜中心开孔，次反射镜正对所述开孔同轴设置，所述主反射镜（2）的反射面为凹面且朝向物方，次反射镜（3）的反射面为凸面且朝向像方，所述主反射镜（2）接收从弯月形无焦保护透镜（1）入射的光线并反射至次反射镜（3），所述次反射镜（3）接收主反射镜（2）反射的光线并反射至成像透镜组，所述成像透镜组位于次反射镜（3）和成像面（12）之间，用于将次反射镜（3）的反射光进行会聚、并经平面滤光片（11）后成像在成像面（12）上。2.如权利要求1所述的一种折反式小型化短波红外成像光学系统，其特征在于，所述成像透镜组由第一弯月形负透镜（4）、第一双凸正透镜（5）、第二弯月形负透镜（6）、双凹负透镜（7）、第一弯月形正透镜（8）、第三弯月形负透镜（9）和第二双凸正透镜（10）组成；第一弯月形负透镜（4）与第一双凸正透镜（5）组成第一胶合透镜I，第一弯月形正透镜（8）与第三弯月形负透镜（9）组成第二胶合透镜II。3.如权利要求2所述的一种折反式小型化短波红外成像光学系统，其特征在于，所述的弯月形无焦保护透镜（）1、第一弯月形负透镜（4）、第二弯月形负透镜（6）均弯向像方设置，第一弯月形正透镜（8）、第三弯月形负透镜（9）均弯向物方设置。4.如权利要求3所述的一种折反式小型化短波红外成像光学系统，其特征在于，所述主反射镜（2）的反射面为抛物面，所述次反射镜（3）的反射面为球面，弯月形无焦保护透镜（1）以及成像透镜组的各透镜表面均为球面。5.如权利要求2所述的一种折反式小型化短波红外成像光学系统，其特征在于，所述的弯月形无焦保护透镜（1）的材质为H
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BAK5、主反射镜（2）的材质为熔石英玻璃、次反射镜（3）的材质为熔石英玻璃、第一弯月形负透镜（4）的材质为H
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ZF62、第一双凸正透镜（5）的材质为H
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LAK59A、第二弯月形负透镜（6）的材质为H
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ZLAF76、双凹负透镜（7）的材质为H
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K6、第一弯月形正透镜（8）的材质为H
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QK3L、第三弯月形负透镜（9）的材质为H
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ZLAF66、第二双凸正透镜（10）的材质为H
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LAF51、平面滤光片（11）的材质为熔石英玻璃。6.如权利要求2所述的一种折反式小型化短波红外成像光学系统，其特征在于，采用轴向移动第二双凸正透镜（10...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海清，李同海，谈大伟，尹博，张昉，赵博，
申请(专利权)人：凯迈洛阳测控有限公司，
类型：发明
国别省市：