一种基于全球面透镜4K高分辨率超宽温（230℃）无热化光学系统技术方案

一种基于全球面透镜4K高分辨率超宽温(230℃)无热化光学系统，其特征在于：在光的传播方向上由外向内依次设置光学系统保护窗口、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、探测器保护窗和探测器光敏面(像面)。所述保护窗口、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、探测器保护窗口与探测器光敏面(像面)同轴设置。光学系统用于接收经目标和背景固有的可见光反射信息，并汇聚至探测器光敏面上，实现光电转换，探测器采用4K高分辨率小像元探测器，其分辨率为4096

【技术实现步骤摘要】
一种基于全球面透镜4K高分辨率超宽温(230
℃
)无热化光学系统


[0001]本专利技术属于光学成像
，具体而言，涉及一种基于全球面透镜的4K高分辨率超宽温(230℃)无热化光学系统。

技术介绍

[0002]随着探测器技术的高速发展，具有高分辨率、宽工作温度范围、环境适应性强的成像探测系统在科学技术、国民经济、国防军事等领域发挥着日益重要的作用。本专利技术基于具有4K高分辨率探测器，设计了一款可见光4K高分辨率超宽温无热化光学系统，该系统在
‑
110℃～+120℃工作温度范围内成像质量优良，集光能力强，环境适应性好，具有结构简单、易于装调、可靠性高、成本低、加工工艺性好、良品率高等技术特点，可广泛应用于航天光学遥感、地基目标跟踪探测、光学成像制导、天文观测、高温气体分析与无损检测、民用安全监视等领域，具有广阔的应用前景和巨大的经济效益。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了实现高分辨率、超宽温成像探测系统的高分辨率、低成本、超宽温工作环境适应性的无热化可见光光学系统设计，本专利技术提供一种基于全球面透镜4K高分辨率超宽温(230℃)无热化光学系统。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0005]一种基于全球面透镜4K高分辨率超宽温(230℃)无热化光学系统，其特征在于：在光的传播方向上由外向内依次设置光学系统保护窗口、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、探测器保护窗和探测器光敏面(像面)。所述光学系统保护窗口、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、探测器保护窗口与探测器光敏面(像面)同轴设置。光学系统用于接收经目标和背景固有的可见光反射信息，并汇聚至探测器光敏面上，实现光电转换，探测器采用4K高分辨率小像元探测器，其分辨率为4096
×
4096，像元尺寸为2.5μm，具有较高的灵敏度和较小的空间分辨率，在日间复杂气象条件下，可以实现对目标的探测、识别与精确定位，在
‑
110℃～+120℃工作温度范围内可清晰成像，环境适应性强，可应用于光学成像探测领域，亦可用于高低温气体检测、工业多光谱成像分析与无损检测等民品领域。
[0006]进一步的，所述光学系统保护窗口、探测器保护窗口为平面透镜、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜均为球面镜片。
[0007]进一步的，所述光学系统保护窗口内外表面均为平面，厚度为6mm；第一透镜外表面的曲率半径为79.54mm，内表面的曲率半径为86.91mm，厚度为13.5mm；第二透镜外表面的曲率半径为129.24mm，内表面的曲率半径为57.35mm，厚度为14mm；第三透镜外表面的曲率
半径为67.89mm，内表面的曲率半径为
‑
381.6mm，厚度为12.35mm；第四透镜外表面的曲率半径为44.28mm，内表面的曲率半径为1167.76mm，厚度为5.05mm；第五透镜外表面的曲率半径为
‑
164.68mm，内表面的曲率半径为39.26mm，厚度为8.15mm；第六透镜外表面的曲率半径为39.26mm，内表面的曲率半径为
‑
124.25mm，厚度为6.9mm；第七透镜外表面的曲率半径为
‑
362.95mm，内表面的曲率半径为59.69mm，厚度为4.1mm；第八透镜外表面的曲率半径为89.43mm，内表面的曲率半径为
‑
91.09mm，厚度为10.4mm；第九透镜外表面的曲率半径为
‑
33.49mm，内表面的曲率半径为
‑
156.22mm，厚度为3.5mm；探测器保护窗口内外表面均为平面，厚度为1mm。
[0008]进一步的，所述光学系统保护窗口与第一透镜的空气间隔为3mm；第一透镜与第二透镜之间的空气间隔是6mm；所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔是1.6mm；所述第三透镜与第四透镜的空气间隔是1mm；所述第四透镜与第五透镜之间的空气间隔是2.7mm；所述第五透镜与第六透镜之间利用光学胶水粘合；所述第六透镜与第七透镜之间的空气间隔是0.3mm；所述第七透镜与所述第八透镜的空气间隔是20.5mm；所述第八透镜与所述第九透镜的空气间隔24.1mm；所述第九透镜与探测器保护窗口的空气间隔是9.66mm；所述探测器保护窗口与探测器光敏面(像面)的距离1mm。
[0009]进一步的，所述光学系统保护窗口和探测器保护窗口采用H
‑
K9L材料制成；第一透镜采用H
‑
ZF6材料制成；所述第二透镜采用H
‑
F4材料制成；所述第三透镜采用H
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ZK9B材料制成；所述第四透镜采用H
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BAK7材料制成；所述第五透镜采用H
‑
TF3L材料制成；所述第六透镜采用H
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FK61材料制成；所述第七透镜采用H
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ZF7LA材料制成；所述第八透镜采用H
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ZF13材料制成；所述第九透镜采用H
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ZF52A材料制成。
[0010]进一步的，所述光学系统保护窗口口径为质量为30g，第一透镜的口径为质量为59.1g，第二透镜的口径为质量为44.7g，第三透镜的口径为质量为34.1g，第四透镜的口径为质量为7.6g，第五透镜的口径为质量为19.7g，第六透镜的口径为质量为13g，第七透镜的口径为质量为12g，第八透镜的口径为质量为21g，第九透镜的口径为质量为10.7g，探测器保护窗口口径为质量为1g。光学系统的外形尺寸(不含保护窗口)＜光学总重量(不含保护窗口)＜222g。
[0011]进一步的，所述光学系统的工作波段为0.486μm～0.656μm，焦距为100mm，F数为2.8，视场大小为5.8
°×
5.8
°
，探测器选用分辨率4096
×
4096，像素大小2.5μm的高分辨率可见光探测器，在200lp/mm处，0视场的调制传递函数值≥0.41，其余视场传递函数值≥0.4，单像素张角≤25urad，系统畸变≤0.55％。
[0012]进一步的，所述光学系统设计时采用一次成像结构形式，选用国产成都光明可见光玻璃作为透镜材料，机械件选取全铝合金材料，通过合理匹配透镜光焦度，充分考虑材料特性，运用高级像差理论，有效平衡光学像差和热差之间的矛盾，使用全球面透镜实现了光学系统宽温无热化设计，在－110℃～+120℃工作温度范围内，光学系统的畸变设计最大值为0.53％；
‑
110℃时，在200lp/mm处，0视场的传递函数值≥0.4，其余视场的传递函数值≥0.39；20℃时，在200lp/mm处，0视场的传递函数值≥0.41，其余视场的传递函数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全球面透镜4K高分辨率超宽温(230℃)无热化光学系统，其特征在于：在光的传播方向上由外向内依次设置光学系统保护窗口、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、探测器保护窗和探测器光敏面(像面)。所述保护窗口、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、探测器保护窗口与探测器光敏面(像面)同轴设置。光学系统用于接收经目标和背景固有的可见光反射信息，并汇聚至探测器光敏面上，实现光电转换，探测器采用4K高分辨率小像元探测器，其分辨率为4096
×
4096，像元尺寸为2.5μm，具有较高的灵敏度和较小的空间分辨率，在日间复杂气象条件下，可以实现对目标的探测、识别与精确定位，在
‑
110℃～+120℃工作温度范围内可清晰成像，环境适应性强，可应用于光学成像探测领域，亦可用于高低温气体检测、工业多光谱成像分析与无损检测等民品领域。2.根据权利要求1所述的一种基于全球面透镜4K高分辨率超宽温(230℃)无热化光学系统，其特征在于：所述光学系统保护窗口(1)和探测器保护窗口(11)为平面透镜，第一透镜(2)、第二透镜(3)、第三透镜(4)、第四透镜(5)、第五透镜(6)、第六透镜(7)、第七透镜(8)、第八透镜(9)、第九透镜(10)均为球面镜片。3.根据权利要求1所述的一种基于全球面透镜4K高分辨率超宽温(230℃)无热化光学系统，其特征在于：所述光学系统保护窗口(1)内外表面均为平面，厚度为6mm；第一透镜(2)外表面的曲率半径为79.54mm，内表面的曲率半径为86.91mm，厚度为13.5mm；第二透镜(3)外表面的曲率半径为129.24mm，内表面的曲率半径为57.35mm，厚度为14mm；第三透镜(4)外表面的曲率半径为67.89mm，内表面的曲率半径为
‑
381.6mm，厚度为12.35mm；第四透镜(5)外表面的曲率半径为44.28mm，内表面的曲率半径为1167.76mm，厚度为5.05mm；第五透镜(6)外表面的曲率半径为
‑
164.68mm，内表面的曲率半径为39.26mm，厚度为8.15mm；第六透镜(7)外表面的曲率半径为39.26mm，内表面的曲率半径为
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124.25mm，厚度为6.9mm；第七透镜(8)外表面的曲率半径为
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362.95mm，内表面的曲率半径为59.69mm，厚度为4.1mm；第八透镜(9)外表面的曲率半径为89.43mm，内表面的曲率半径为
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91.09mm，厚度为10.4mm；第九透镜(10)外表面的曲率半径为
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33.49mm，内表面的曲率半径为
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156.22mm，厚度为3.5mm；探测器保护窗口(11)内外表面均为平面，厚度为1mm。4.根据权利要求1所述的一种基于全球面透镜4K高分辨率超宽温(230℃)无热化光学系统，其特征在于：所述光学系统保护窗口(1)和探测器保护窗口(11)采用H
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K9L材料制成；第一透镜(2)采用H
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ZF6材料制成；所述第二透镜(3)采用H
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F4材料制成；所述第三透镜(4)采用H
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ZK9B材料制成；所述第四透镜(5)采用H
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BAK7材料制成；所述第五透镜(6)采用H
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TF3L材料制成；所述第六透镜(7)采用H
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【专利技术属性】
技术研发人员：贺磊，王仁浩，吴兴广，司红利，侯彬，
申请(专利权)人：哈尔滨新光光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：