一种折衍混合大相对孔径长波红外光学系统技术方案

一种折衍混合大相对孔径长波红外光学系统，涉及红外光学系统技术领域，为了解决现有长波红外系统难以满足对更大目标范围、远距离探测需求的问题，该系统包括沿光轴由物方到像方依次设置的弯月负透镜一、弯月正透镜一、光阑、弯月正透镜二、弯月负透镜二、折衍混合弯月正透镜和像面；其中，所述弯月负透镜二前表面和折衍混合弯月正透镜表面为球面，所述折衍混合弯月正透镜靠近像面一侧表面设有衍射面，其它透镜表面均为偶次非球面。本发明专利技术通过设置偶次非球面及衍射面极大的提升了系统的视场角与相对孔径，并缩小系统总长及重量，显著提升了系统在长波红外波段的探测能力；此外，该长波红外光学系统总畸变≤10％，提升了系统的探测精度。测精度。测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种折衍混合大相对孔径长波红外光学系统


[0001]本专利技术涉及红外光学系统
，尤其涉及一种折衍混合大相对孔径长波红外光学系统。

技术介绍

[0002]红外光学系统可以对探测目标及其周围环境热辐射能量进行探测，该类光学系统能够在各种恶劣的环境下对目标进行实时探测，因此在军用民用领域应用十分广泛。此外非制冷红外探测器不需要制冷装置，能够在室温状态下工作，具有体积小、质量轻、功耗小、寿命长、成本低、启动快等优点，被广泛应用于各种探测当中。
[0003]目前，影响长波红外镜头的探测能力主要有两种因素：第一，长波红外光学系统的视场角直接影响到光学系统的探测范围；第二，光学系统的相对孔径大小影响进入光学系统的能量。
[0004]中国专利公开号为“CN209297022U”，专利名称为“一种大视场大相对孔径长波红外系统”，该系统由具有正光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、焦平面保护玻璃和焦平面组成，并添加了偶次非球面和衍射面。然而，该长波红外光学系统焦距范围为9～21mm，视场范围为37.5
°
～74.1
°
，不仅总体视场角度更小，且当焦距范围为12～21mm时，该系统视场角最大仅为60.3
°
，在同焦距f
′
下所对应的视场角约小20
°
，无法满足固定焦距下对应更大视场的探测需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有长波红外系统难以满足对更大目标范围、远距离探测需求的问题，提出了一种折衍混合大相对孔径长波红外光学系统，该系统结构紧凑，是一种相对孔径为1，且焦距范围f
′
可覆盖12～25mm，全视场角2ω可覆盖43
°
～78.7
°
的长波红外光学系统。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种折衍混合大相对孔径长波红外光学系统，其特征是，该系统包括沿光轴由物方到像方依次设置的弯月负透镜一、弯月正透镜一、光阑、弯月正透镜二、弯月负透镜二、折衍混合弯月正透镜和像面；其中，所述弯月负透镜二前表面和折衍混合弯月正透镜表面为球面，所述折衍混合弯月正透镜靠近像面一侧表面设有衍射面，其它透镜表面均为偶次非球面。
[0008]所述弯月负透镜一和所述弯月负透镜二的凹面均朝向所述像面一侧。
[0009]该系统总长TTL与系统焦距f
′
比值2≤TTL/f
′
≤2.5。
[0010]该系统中：12mm≤f
′
≤25mm，全视场角43
°
≤2ω≤78.7
°
，焦距f
′
与视场角ω满足关系其中y为像面(7)半视场像高。
[0011]所述弯月负透镜一焦距：
‑
133.5mm≤f1≤
‑
38mm；弯月正透镜一距：24mm≤f2≤66.3mm；弯月正透镜二焦距：16.9mm≤f3≤45.5mm；弯月负透镜二焦距：
‑
1057mm≤f4≤
‑
508mm；折衍混合弯月正透镜焦距：46.9mm≤f5≤58.2mm。
[0012]所述偶次非球面面型满足以下关系式：
[0013][0014]其中，Z(r)为非球面沿光轴方向在高度为r位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面表面曲率，这里c＝1/R，R为非球面的曲率半径；k为圆锥系数；A、B、C、D为非球面系数。
[0015]所述折衍混合弯月正透镜的衍射面面型相位分布公式为：
[0016]Φ＝M(B1ρ2+B2ρ4)
[0017]其中M为衍射级次，B1、B2分别为衍射面系数，ρ为折衍射面径向坐标。
[0018]所述弯月负透镜一、弯月正透镜一、弯月正透镜二、弯月负透镜二、折衍混合弯月正透镜的光学材料均为锗。
[0019]该系统在12～25mm全焦距范围下，畸变≤10％。
[0020]该系统的工作波段为8
‑
14μm。
[0021]本专利技术的有益技术效果如下：
[0022]本专利技术系统工作波段为8
‑
14μm，视场角满足43
°
≤2ω≤78.7
°
，系统F数达到1，总长与焦距比值可满足2≤L/f
′
≤2.5，通过设置偶次非球面及衍射面极大的提升了系统的视场角与相对孔径，并缩小系统总长及重量，显著提升了系统在长波红外波段的探测能力；此外，该长波红外光学系统总畸变≤10％，提升了系统的探测精度。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一种折衍混合大相对孔径长波红外光学系统示意图；
[0024]图2为本专利技术在焦距f
′
＝12mm时，空间频率20lp/mm处的MTF曲线；
[0025]图3为本专利技术在焦距f
′
＝25mm时，空间频率20lp/mm处的MTF曲线；
[0026]图4为本专利技术在焦距f
′
＝12mm时系统畸变图；
[0027]图5为本专利技术在焦距f
′
＝25mm时系统畸变图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0029]如图1所示，一种折衍混合大相对孔径长波红外光学系统，包括沿光轴依次设置的弯月负透镜一1、弯月正透镜一2、光阑3、弯月正透镜二4、弯月负透镜二5、折衍混合弯月正透镜6和像面7；所述弯月负透镜5靠近物面一侧与折衍混合弯月正透镜6靠近物面一侧均为球面，所述折衍混合弯月正透镜6靠近像面的一侧设置有衍射面，其余透镜面型均为偶次非球面；且所述弯月负透镜一1的凹面和所述弯月负透镜二5的凹面均朝向所述像侧。
[0030]所述偶次非球面面型满足以下关系式：
[0031][0032]其中，Z(r)为非球面沿光轴方向在高度为r位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为
非球面表面曲率，这里c＝1/R，R为非球面的曲率半径；k为圆锥系数；A、B、C、D为非球面系数。
[0033]折衍混合弯月正透镜6的衍射面面型相位分布满足以下关系式：
[0034]Φ＝M(B1ρ2+B2ρ4)
[0035]其中M为衍射级次，B1、B2分别为衍射面系数，ρ为折衍射面径向坐标。
[0036]所述透镜组总长TTL与系统焦距f
′
比值2≤TTL/f
′
≤2.5。
[0037]该系统焦距满足12mm≤f
′
≤25mm，全视场角43
°
≤2ω≤78.7
°
。其中焦距f
′
与视场角ω为一一对应关系，二者满足关系其中y为探测器半视场像高；f
′
＝12mm对应全视场角2ω＝78.7
°
，f...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种折衍混合大相对孔径长波红外光学系统，其特征是，该系统包括沿光轴由物方到像方依次设置的弯月负透镜一(1)、弯月正透镜一(2)、光阑(3)、弯月正透镜二(4)、弯月负透镜二(5)、折衍混合弯月正透镜(6)和像面(7)；其中，所述弯月负透镜二(5)前表面和折衍混合弯月正透镜(6)前表面为球面，所述折衍混合弯月正透镜(6)靠近像面(7)一侧表面设有衍射面，其它透镜表面均为偶次非球面。2.根据权利要求1所述的折衍混合大相对孔径长波红外光学系统，其特征在于，所述弯月负透镜一(1)和所述弯月负透镜二(5)的凹面均朝向所述像面(7)一侧。3.根据权利要求1所述的折衍混合大相对孔径长波红外光学系统，其特征在于：该系统总长TTL与系统焦距f
′
比值2≤TTL/f
′
≤2.5。4.根据权利要求1所述的折衍混合大相对孔径长波红外光学系统，其特征在于：该系统中：12mm≤f
′
≤25mm，全视场角43
°
≤2ω≤78.7
°
，焦距f
′
与视场角ω满足关系其中y为像面(7)半视场像高。5.根据权利要求1所述的折衍混合大相对孔径长波红外光学系统，其特征在于：所述弯月负透镜一(1)焦距：
‑
133.5mm≤f1≤
‑
38mm；弯月正透镜一(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴明旭，张贤，解娜，孙明远，金景峰，甄政，张博，敬韩博，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：