CN103149667A

CN103149667A - 紧凑型中波红外双视场光学系统

Info

Publication number: CN103149667A
Application number: CN2013100429563A
Authority: CN
Inventors: 刘磊
Original assignee: ZHEJIANG DALI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG DALI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: CN103149667B

Abstract

本发明涉及光学系统，公开了一种紧凑型中波红外双视场光学系统，包括前组透镜和后组透镜，所述的前组透镜包括第一透镜（1），后组透镜包括第二透镜（2）和第三透镜（3），第一透镜（1）为正透镜，第二透镜（2）为负透镜，第三透镜（3）为正透镜。本发明的摄远光学系统后组透镜采用负透镜（锗）和正透镜（硅）的组合，组合后的后组透镜色差值相对较大，可以消除摄远系统前组透镜产生的色差，大大压缩后组透镜的口径，降低镜片的重量；用该技术设计了一套中波红外双视场制冷光学系统，采用打入打出形式，实现视场变倍的效果，且该结构紧凑，重量轻，工艺性好。

Description

紧凑型中波红外双视场光学系统

技术领域

本发明涉及光学系统，尤其涉及了一种紧凑型中波红外双视场光学系统。

背景技术

目前，在以往中波红外摄远型物镜设计中，为了消除色差主要有两种方法：（1）前组透镜和后组透镜分别消色差（通过正负透镜组合或者使用二元光学器件等方法实现），此方法镜片数量最少需要4片，镜片数量多，导致信号经过光学系统的衰减增大，并且前组透镜中出现消色差的负透镜锗，由于此处位置靠前，镜片口径大，导致系统的重量增加明显；二元光学器件消色差，采用二元光学器件消色差虽然不增加系统的重量，但是由于二元衍射面的衍射效率在全波段不能达到100%，导致能量损失较大，也不是最优方案。（2）前组透镜使用低色散的硅材料，后组透镜使用高色散的锗材料，通过后组透镜的锗材料的色差来平衡前组透镜产生的色差，这种方法的缺点是前后组透镜焦距确定时受消色差限制，自由度受限，设计结果往往导致前组透镜光焦度强，后组透镜靠近前组透镜，且尺寸偏大，系统球差大，前后组织之间同轴度要求高，系统的工艺性不好。

发明内容

本发明针对现有技术中第一种方法镜片口径大，导致系统的重量增加明显或能量损失较大，第二种方法系统的工艺性不好的缺点，提供了在一种大大压缩后组口径的条件下，仍然能保证与前组相互消色差的紧凑型中波红外双视场光学系统。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

紧凑型中波红外双视场光学系统，包括前组透镜和后组透镜，所述的前组透镜包括第一透镜，后组透镜包括第二透镜和第三透镜，第一透镜为正透镜，第二透镜为负透镜，第三透镜为正透镜。

作为优选，所述的第二透镜采用锗材料制成。

作为优选，所述的第一透镜和第三透镜采用硅材料制成。

作为优选，所述的前组透镜和后组透镜实现窄视场；在第三透镜后打入第四透镜和第五透镜，实现宽视场。

作为优选，第五透镜后设有第六透镜、第七透镜和第八透镜。

作为优选，所述的第六透镜为调焦透镜，第七透镜和第八透镜为中继组。调焦透镜实现高低温环境补偿和近距离观察。

作为优选，所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜按顺序从左到右同轴排列。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：摄远光学系统后组透镜采用负透镜（锗）和正透镜（硅）的组合，组合后的后组透镜色差值相对较大，可以消除摄远系统前组透镜产生的色差，大大压缩后组透镜的口径，降低镜片的重量；用该技术设计了一套中波红外双视场制冷光学系统，采用打入打出形式，实现视场变倍的效果，且该结构紧凑，重量轻，工艺性好。

附图说明

图1是本发明工作在宽视场的结构示意图。

图2是本发明工作在窄视场的结构示意图。

图3是图1的宽视场设计传递函数（MTF)。

图4是图2的窄视场设计传递函数（MTF)。

以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中1—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。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1

紧凑型中波红外双视场光学系统，如图2所示，包括前组透镜和后组透镜，所述的前组透镜包括第一透镜1，后组透镜包括第二透镜2和第三透镜3，第一透镜1为正透镜，第二透镜2为负透镜，第三透镜3为正透镜。

所述的第二透镜2采用锗材料制成。所述的第一透镜1和第三透镜3采用硅材料制成。

第一项功能：实现窄视场；所述的前组透镜和后组透镜实现窄视场。

第二项功能：完成宽视场转变；如图1所示，在第三透镜3后打入第四透镜4和第五透镜5，实现宽视场。

第五透镜5后设有第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8。所述的第六透镜6为调焦透镜，实现高低温环境补偿和近距离观察，第七透镜7和第八透镜8为中继组。所述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8按顺序从左到右同轴排列。

中波红外摄远型物镜，设计波长一般为3.7-4.8um，常用的材料有硅、锗、硒化锌、硫化锌等，其折射率与阿贝数对应如下：

从表中可以知道，硅的阿贝数最大，色散最小；锗阿贝数最小，色散最大；所以在红外光学系统中，一般硅作为正透镜使用，锗作为负透镜使用。

负透镜(锗)和正透镜(硅)组合阿贝数可以通过下面方程计算：

其中，f₂₁、f₂₂和f₂分别为负透镜(锗)、正透镜(硅)和组合透镜的焦距，V_组合为组合透镜的阿贝数。焦距的单位为mm。假设组合焦距f₂为-50mm，下表数据可以比较不同组合带来的组合阿贝数的变化情况。

	f₂₁	f₂₂	f₂	V_组合	备注
						组1	-50	0	-50	251	只有负透镜
组2	-40	200	-50	158
						组3	-35	117	-50	118

从表中可见，组合透镜可以带来更小的阿贝数，利于消除系统色差。

利用该方法设计了一套双视场中波制冷型光学系统，具体参数如下：

前组透镜焦距为240mm，后组透镜为焦距60mm；F#为4.0；波长为3.7-4.8um；探测器像素数为320*256(30um)；前组透镜的阿贝数为568；后组透镜组合阿贝数为102。后组透镜的组合阿贝数能够提供大的色差值来消除前组透镜产生的色差值。

如图3所示为宽视场设计传递函数（MTF)。如图4所示为窄视场设计传递函数（MTF)。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.紧凑型中波红外双视场光学系统，包括前组透镜和后组透镜，其特征在于：所述的前组透镜包括第一透镜（1），后组透镜包括第二透镜（2）和第三透镜（3），第一透镜（1）为正透镜，第二透镜（2）为负透镜，第三透镜（3）为正透镜。

2.根据权利要求1所述的紧凑型中波红外双视场光学系统，其特征在于：所述的第二透镜（2）采用锗材料制成。

3.根据权利要求1所述的紧凑型中波红外双视场光学系统，其特征在于：所述的第一透镜（1）和第三透镜（3）均采用硅材料制成。

4.根据权利要求1所述的紧凑型中波红外双视场光学系统，其特征在于：所述的前组透镜和后组透镜实现窄视场；在第三透镜（3）后打入第四透镜（4）和第五透镜（5），实现宽视场。

5.根据权利要求4所述的紧凑型中波红外双视场光学系统，其特征在于：第五透镜（5）后设有第六透镜（6）、第七透镜（7）和第八透镜（8）。

6.根据权利要求5所述的紧凑型中波红外双视场光学系统，其特征在于：所述的第六透镜（6）为调焦透镜，第七透镜（7）和第八透镜（8）为中继组。

7.根据权利要求4所述的紧凑型中波红外双视场光学系统，其特征在于：所述的第一透镜（1）、第二透镜（2）、第三透镜（3）、第四透镜（4）、第五透镜（5）、第六透镜（6）、第七透镜（7）和第八透镜（8）按顺序从左到右同轴排列。