【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及非制冷红外光学系统领域，具体涉及一种长后截距宽温消热差红外光学系统。
技术介绍
1、随着红外夜视技术的快速发展，红外热成像受到越来越广泛的关注，其核心技术红外探测器的研制已取得长足进展。与制冷型探测器相比，非制冷探测器的探测效率普遍偏低，但随着非制冷红外探测器的像元尺寸不断减小、灵敏度不断提高，而其价格却逐步降低。且非制冷红外探测器具有重量轻、体积小、功耗低、可靠性高、易携带等优势，近年来在工业、农业、国防、医疗、交通、环境保护等诸多领域具有非常广泛的应用前景。
2、在红外系统中温度对折射率的影响尤为明显，随着环境温度的变化，折射率、光学透镜的曲率和厚度、零件间隔等都会发生变化，使红外光学系统产生热离焦，导致系统成像质量变差。因此，无热化红外光学系统成为高精度红外光学系统的一个主流发展方向。
3、光学被动式无热化设计利用光学材料热特性之间的差异，通过不同特性材料之间的合理组合以消除温度的影响，从而获得无热效果。这种方式具有机构相对简单、尺寸小、质量轻、不需供电、系统可靠性好的优点，其综合效率最高，因此受到了极大的重视。现有技术已经有一些无热化红外光学系统的应用，但都还存在一些不足之处。
4、申请号为202123256454.x的中国专利申请公开了一种大相对孔径大靶面长波红外无热化镜头，该光学镜头焦距是25mm，无热化镜头的f数是1.0，工作波段是8～12μm，无热化镜头适用于像素是1024×768、像元尺寸是17μm的红外机芯，该系统靶面大，但附图中表征光学系统成像质量好坏的mt
5、申请号为202211379583.4的中国专利申请公开了一种小型化高分辨率宽温无热化红外光学系统，该光学系统的工作波段：8μm～12μm；f#：1.0；焦距：45mm；视场：19.4°×15.5°，像面直径：φ19.7mm，适配的探测器为1280×1024非制冷红外探测器，像元尺寸为12μm；后截距为8.7mm，距离较短。
6、申请号为202010004654.7的中国专利申请公开了一种大靶面高分辨率光学无热化镜头及其工作方法，该光学镜头的焦距：effl＝55mm；f数＝1.0；视场角：2w≥20°；成像圆直径等于ф19.6mm；光学总长ttl≤88mm，光学后截距≥10mm；该镜头适用于1280×1024，12μm非制冷长波红外探测器。该系统视场较小，不适用于大视场监视摄像领域，且后截距较短。
技术实现思路
1、为解决传统非制冷无热化红外镜头后截距短不利于结构设计的技术问题，本专利技术在于提供一种长后截距宽温消热差红外光学系统。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种长后截距宽温消热差红外光学系统，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、第一双凸正透镜、双凹负透镜、第二双凸正透镜组成，所述的第一弯月形负透镜的凹面靠近像面设置且曲率半径为正，光学系统后截距bfl即第二双凸正透镜后表面至成像面之间的距离满足以下条件：18.5mm≤bfl≤20.5mm。
4、进一步地，所述的第一弯月形负透镜、第一双凸正透镜、第二双凸正透镜三个透镜所采用的材料均为硫系玻璃irg206，双凹负透镜所采用的材料为硒化锌znse。
5、进一步地，所述的第一弯月形负透镜满足以下条件：-3.0≤f1/f≤-2.9，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；
6、所述的第一双凸正透镜满足以下条件：0.75≤f2/f≤0.85，其中f为光学系统的焦距、f2为第一双凸正透镜的有效焦距；
7、所述的双凹负透镜(3)满足以下条件：-0.8≤f3/f≤-0.7，其中f为光学系统的焦距、f3为双凹负透镜的有效焦距；
8、所述的第二双凸正透镜(4)满足以下条件：0.75≤f4/f≤0.85，其中f为光学系统的焦距、f4为第二双凸正透镜的有效焦距。
9、进一步地，所述第一弯月形负透镜与第一双凸正透镜之间于光轴上的距离为t12，所述第一双凸正透镜与所述双凹负透镜之间于光轴上的距离为t23，所述第一双凸正透镜于光轴上的厚度为ct2，满足以下条件：4.0≤(t12+t23)/ct2≤4.5。
10、进一步地，第一弯月形负透镜朝向像方一侧的凹面s2、第一双凸正透镜朝向物方一侧的凸面s3、第二双凸正透镜朝向物方一侧的凸面s7均为非球面。
11、进一步地，所述的双凹负透镜朝向物方一侧的凹面s5为衍射非球面。
12、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：27.6°×20.9°，工作温度范围：-55℃～+70℃；像面直径：φ15.4mm，光学总长ttl：70mm，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。
13、进一步地，所述光学系统光学总长ttl为70mm。
14、进一步地，所述光学系统适配的探测器为分辨率为1024×768、像元尺寸为12μm的长波红外探测器。
15、有益效果：
16、1、通过各透镜光焦度的合理分配、透镜光学材料的配合，有效消除了系统轴外像差，实现了长后截距、大靶面光学系统设计，像面尺寸达15.4mm，适配于国内已经批量化生产的国产化1024×768非制冷型探测器。
17、2、通过非球面位置的优化设置、同时引入衍射面，形成折/衍混合系统，降低了整个光学系统轴上点与轴外点像差、细光束与宽光束像差，光学系统全视场内在特征频率处的传递函数值高，成像质量优良，极大增加了系统的信噪比，从而有效提高了红外热成像系统的温度分辨率，进而提高系统对远距离目标的探测识别能力。
18、3、此外，硫系玻璃irg206价格便宜，第一弯月形负透镜、第一双凸正透镜、第二双凸正透镜三个透镜所采用的材料均为硫系玻璃irg206，适用于批量生产，可有效降低系统成本。
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1.一种长后截距宽温消热差红外光学系统，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(1)、第一双凸正透镜(2)、双凹负透镜(3)、第二双凸正透镜(4)组成，所述的第一弯月形负透镜(1)的凹面弯向成像面(5)且曲率半径为正，光学系统后截距BFL即第二双凸正透镜(4)后表面至成像面(5)之间的距离满足以下条件：18.5mm≤BFL≤20.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种长后截距宽温消热差红外光学系统，其特征在于，各透镜焦距需满足以下条件：
3.根据权利要求1所述的一种长后截距宽温消热差红外光学系统，其特征在于，所述的第一弯月形负透镜(1)、第一双凸正透镜(2)、第二双凸正透镜(4)三个透镜所采用的材料均为硫系玻璃IRG206，双凹负透镜(3)所采用的材料为硒化锌ZNSE。
4.根据权利要求1所述的一种长后截距宽温消热差红外光学系统，其特征在于，所述第一弯月形负透镜(1)与第一双凸正透镜(2)之间于光轴上的距离为T12，所述第一双凸正透镜(2)与所述双凹负透镜(3)之间于光轴上的距离为T23，所述第一双凸正透镜(2)于
5.根据权利要求1所述的一种长后截距宽温消热差红外光学系统，其特征在于，弯月形负透镜(1)朝向像方一侧的凹面S2、第一双凸正透镜(2)朝向物方一侧的凸面S3、第二双凸正透镜(4)朝向物方一侧的凸面S7均为非球面。
6.根据权利要求1所述的一种长后截距宽温消热差红外光学系统，其特征在于，所述的双凹负透镜(3)朝向物方一侧的凹面S5为衍射非球面。
7.根据权利要求1所述的一种长后截距宽温消热差红外光学系统，其特征在于，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：27.6°×20.9°，工作温度范围：-55℃～+70℃；像面直径：Φ15.4mm，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。
8.根据权利要求1所述的一种长后截距宽温消热差红外光学系统，其特征在于，所述光学系统光学总长TTL为70mm。
9.根据权利要求1所述的一种长后截距宽温消热差红外光学系统，其特征在于，所述光学系统适配的探测器为分辨率为1024×768、像元尺寸为12μm的长波红外探测器。
...【技术特征摘要】
1.一种长后截距宽温消热差红外光学系统，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(1)、第一双凸正透镜(2)、双凹负透镜(3)、第二双凸正透镜(4)组成，所述的第一弯月形负透镜(1)的凹面弯向成像面(5)且曲率半径为正，光学系统后截距bfl即第二双凸正透镜(4)后表面至成像面(5)之间的距离满足以下条件：18.5mm≤bfl≤20.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种长后截距宽温消热差红外光学系统，其特征在于，各透镜焦距需满足以下条件：
3.根据权利要求1所述的一种长后截距宽温消热差红外光学系统，其特征在于，所述的第一弯月形负透镜(1)、第一双凸正透镜(2)、第二双凸正透镜(4)三个透镜所采用的材料均为硫系玻璃irg206，双凹负透镜(3)所采用的材料为硒化锌znse。
4.根据权利要求1所述的一种长后截距宽温消热差红外光学系统，其特征在于，所述第一弯月形负透镜(1)与第一双凸正透镜(2)之间于光轴上的距离为t12，所述第一双凸正透镜(2)与所述双凹负透镜(3)之间于光轴上的距离为t23，所述第一双凸正透镜(2)于光轴上的厚度为ct2，满足以下条件：...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴海清，李鹏飞，王浩楠，赵亮亮，刘攀，赵晓云，董靖，
申请(专利权)人：凯迈洛阳测控有限公司，
类型：发明
国别省市：
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