一种小型化大靶面高分辨率红外消热差光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种小型化大靶面高分辨率红外消热差光学系统，所述光学系统由从物方至像方依次同轴设置的第一弯月形负透镜、第一弯月形正透镜、固定光阑、第二弯月形负透镜、双凸正透镜、第二弯月形正透镜组成，光学结构形式采用反远距结构，实现了视场为40.0

【技术实现步骤摘要】
一种小型化大靶面高分辨率红外消热差光学系统


[0001]本专利技术涉及非制冷红外成像光学系统领域，具体涉及一种小型化大靶面高分辨率红外消热差光学系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着红外探测器制造工艺技术的进步，非制冷红外探测器在提高灵敏度及帧频的同时扩大了阵列规模、减小了像元间距从而实现了高分辨率，提升了非制冷红外系统的目标探测识别能力，使得非制冷红外系统在各军民种领域广泛应用成为可能。
[0003]在国外，美国Raytheon公司开发了阵列规模为2048
×
1536、像元间距为17μm的大面阵非制冷红外探测器，英国BAE公司开发了阵列规模为1920
×
1200、像元间距为12μm的大面阵非制冷红外探测器。在国内，武汉高德红外股份有限公司实现了阵列规模为1280
×
1024、像元间距为12μm长波非制冷红外探测器的量产，烟台艾睿光电科技有限公司也开发了阵列规模为1280
×
1024、像元间距为12μm氧化钒非制冷红外焦平面探测器，可适用于各军民高端应用领域。
[0004]在工程应用中，大面阵的红外探测器需要配与其相应靶面的红外光学镜头，否则系统输出的图像会出现黑角。因此，设计红外光学系统时，其靶面大小应该不小于所选红外探测器的靶面尺寸。因此，研究能够适配1280
×
1024长波非制冷型探测器的大靶面光学系统具有现实意义。
[0005]此外，由于红外光学材料的折射率随温度变化明显，因此，当红外光学系统的工作环境温度发生变化时会导致成像光学系统的像面发生漂移，从而造成系统成像质量下降。因此，对于工作环境温度变化较大的红外光学系统，需要进行消热差设计，用来消除或减小温度效应带来的成像质量的降低，使得光学系统在一个较大的温度范围内保持良好的成像性能。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种小型化大靶面高分辨率红外消热差光学系统。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]一种小型化大靶面高分辨率红外消热差光学系统，所述光学系统由从物方至像方依次同轴设置的第一弯月形负透镜、第一弯月形正透镜、第二弯月形负透镜、双凸正透镜、第二弯月形正透镜组成，所述的第一弯月形负透镜、第一弯月形正透镜均弯向像方设置，第二弯月形负透镜、第二弯月形正透镜弯向物方设置，所述的第一弯月形正透镜与第二弯月形负透镜之间设置有固定光阑。
[0009]进一步地，所述的第一弯月形负透镜所采用的材料为单晶锗Ge，第一弯月形正透镜、双凸正透镜所采用的材料均为硫系玻璃IRG204，第二弯月形负透镜、第二弯月形正透镜所采用的材料均为硫系玻璃IRG206。
[0010]进一步地，系统后工作距BFL，即第二弯月形正透镜后表面至成像面之间的距离满足以下条件：13.8mm≤BFL≤16.0mm。
[0011]进一步地，所述的光学系统满足以下条件：
‑
3.5≤f1/f≤
‑
3.0，1.3≤f2/f≤1.5，
‑
1.3≤f4/f≤
‑
1.1，0.8≤f5/f≤1.0，1.9≤f6/f≤2.1，其中f为光学系统的焦距、f1为第一弯月形负透镜的有效焦距；f2为第一弯月形正透镜的有效焦距；f4为第二弯月形负透镜的有效焦距；f5为双凸正透镜的有效焦距；f6为第二弯月形正透镜的有效焦距。
[0012]进一步地，所述第一弯月形负透镜与第一弯月形正透镜之间于光轴上的距离为T
12
，所述第一弯月形正透镜与所述第二弯月形负透镜之间于光轴上的距离为T
24
，所述第一弯月形正透镜于光轴上的厚度为CT2，满足以下条件：5.0≤(T
12
+T
24
)/CT2≤5.5。
[0013]进一步地，所述第一弯月形正透镜的出射表面、双凸正透镜的入射表面、第二弯月形正透镜的入射表面均为非球面。
[0014]进一步地，所述的第二弯月形负透镜的出射表面采用衍射非球面。
[0015]进一步地，所述的光学系统实现的技术参数为：工作波段：8μm～12μm；F
#
：1.0；视场：40.0
°×
32.5
°
，像面直径：Φ19.7mm，光学总长为67mm，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。
[0016]有益效果：
[0017]1.本专利技术中光学结构形式采用反远距结构，实现了视场为40.0
°×
32.5
°
、靶面尺寸为19.7mm的大靶面光学系统，可适配像素数为1280
×
1024，像元间距为12μm的高分辨率长波红外探测器。
[0018]2.本专利技术中第一弯月形正透镜、双凸正透镜均采用牌号为IRG204的低折射率温度系数硫系玻璃材料，第二弯月形负透镜、第二弯月形正透镜均采用牌号为IRG206的低折射率温度系数硫系玻璃材料，实现了
‑
55℃～+70℃宽温范围内均能良好成像的消热差光学系统，无需另外设置用于补偿光学系统因温度变化造成成像质量下降的调焦机构，有效简化系统结构。
[0019]3.通过各透镜间间隔的优化设置、各透镜光焦度的合理分配及透镜光学材料的配合，在实现宽温范围消热差的同时缩短了系统长度，光学总长(第一透镜前表面至像面的距离)为67mm，从而可实现小型化、降低整机的重量，此外系统后工作距大，便于后端校正片及探测器安装结构设计。
附图说明
[0021]图1为光学系统光路图；
[0022]图2为光学系统在常温20℃时的传递函数图；
[0023]图3为光学系统在低温
‑
55℃时的传递函数图；
[0024]图4为光学系统在高温70℃时的传递函数图；
[0025]图5光学系统在常温20℃时的点列图；
[0026]图6光学系统在低温
‑
55℃时的点列图；
[0027]图7光学系统在高温70℃时的点列图；
[0028]图8光学系统的场曲、畸变图。
[0029]附图标记：1为第一弯月形负透镜，2为第一弯月形正透镜，3为固定光阑，4为第二
弯月形负透镜，5为双凸正透镜，6为第二弯月形正透镜，7为像平面。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。公开本专利技术的目的旨在保护本专利技术范围内的一切技术改进，在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系，仅是与本申请的附图对应，为了便于描述本专利技术，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位。
[0032]如图1所示的小型化大靶面高分辨率红外消热差光学系统，由从物方至像方依次设置的第一弯月形负透镜1、第一弯月本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化大靶面高分辨率红外消热差光学系统，其特征在于，所述光学系统由从物方至像方依次同轴设置的第一弯月形负透镜、第一弯月形正透镜、第二弯月形负透镜、双凸正透镜、第二弯月形正透镜组成，所述的第一弯月形负透镜、第一弯月形正透镜均弯向像方设置，第二弯月形负透镜、第二弯月形正透镜弯向物方设置，所述的第一弯月形正透镜与第二弯月形负透镜之间设置有固定光阑。2.根据权利要求1所述的一种小型化大靶面高分辨率红外消热差光学系统，其特征在于，所述的第一弯月形负透镜所采用的材料为单晶锗Ge，第一弯月形正透镜、双凸正透镜所采用的材料均为硫系玻璃IRG204，第二弯月形负透镜、第二弯月形正透镜所采用的材料均为硫系玻璃IRG206。3.根据权利要求1所述的一种小型化大靶面高分辨率红外消热差光学系统，其特征在于，系统后工作距BFL，即第二弯月形正透镜后表面至成像面之间的距离满足以下条件：13.8mm≤BFL≤16.0mm。4.根据权利要求1所述的一种小型化大靶面高分辨率红外消热差光学系统，其特征在于，所述的光学系统满足以下条件：
‑
3.5≤f1/f≤
‑
3.0，1.3≤f2/f≤1.5，
‑
1.3≤f4/f≤
‑
1.1，0.8≤f5/f≤1.0，1.9≤f6/f≤2.1，其中f为光学系统的焦距、f1为第一弯月形负透镜的有效焦距；f2为第一弯月形正透镜的有...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海清，刘士华，肖佑平，吴兴研，
申请(专利权)人：凯迈洛阳测控有限公司，
类型：发明
国别省市：