CN105043725B - 一种红外准直光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外准直光学系统，由三片同光轴设置的透镜组成，且第一透镜、第二透镜和第三透镜逐个远离目标/背景产生器设置，第一透镜为凸面背向目标/背景产生器的弯月形正透镜，第二透镜为凸面朝向目标/背景产生器的弯月形负透镜，第三透镜为凸面背向目标/背景产生器的弯月形正透镜；该光学系统的实现技术指标为：波长：8～13μm，出瞳直径：25mm，出瞳距离：50mm，视场：46°。整个光学系统结构相对简单，占用的空间较小，通过该光学系统能够将目标/背景产生器的辐射进行准直，并将经过准直的图像投射到被测红外系统中，能够针对视场角小于45°的大视场被测红外系统进行有效地检测。

Description

一种红外准直光学系统

技术领域

本发明涉及一种红外准直光学系统。

背景技术

红外准直光学系统是红外目标模拟系统中的一个必需的设备，如图1所示，红外准直光学系统的作用是收集来自目标/背景产生器的辐射，并将该辐射进行准直处理，然后将经过准直的图像投射到被测红外系统中，从而模拟来自无穷远处的目标/背景产生器的红外场景。目前，红外准直光学系统大多适用于出瞳距较短，口径不大，对被测红外系统无特殊要求的情况。所以，一些学者对红外准直光学系统的进一步设计进行了研究，关英姿等人设计了大出瞳距的红外准直光学系统，但其视场小，适用于对小视场的光学系统进行检测，而潘洪涛等人设计的红外准直系统，可实现大出瞳距，但其光学原理决定了该红外准直系统的长度较长，且不易实现长工作距离。目前，为提高系统灵敏度，非制冷红外光学系统均向大视场、大口径、小F数方向发展，针对视场角为45°左右的大视场红外成像装置进行测试的红外准直系统还未见相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种红外准直光学系统，用以解决传统的红外准直光学系统不能对大视场的红外成像装置进行检测的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种红外准直光学系统，所述光学系统由三片同轴设置的透镜组成，且第一透镜、第二透镜和第三透镜逐个远离目标/背景产生器设置，其中，第一透镜为凸面背向目标/背景产生器的弯月形正透镜，第二透镜为凸面朝向目标/背景产生器的弯月形负透镜，第三透镜为凸面背向目标/背景产生器的弯月形正透镜；所述光学系统实现的技术指标为：波长：8～13μm，出瞳直径：25mm，出瞳距离：50mm，视场：46°。

所述第一透镜的材料为单晶锗，第二透镜的材料为硫化锌，第三透镜的材料为单晶锗。

所述第一透镜中的靠近目标/背景产生器的表面为球面，远离目标/背景产生器的表面为非球面；第二透镜的两个表面均为球面；第三透镜中的靠近目标/背景产生器的表面为非球面，远离目标/背景产生器的表面为球面。

所述第二透镜和第三透镜的口径相同。

所述第一透镜的口径为73mm，第二透镜和第三透镜的口径均为80mm。

所述第一透镜中的球面的曲率半径为-48.63mm，所述第一透镜的非球面的曲率半径为-45.62mm；所述第二透镜中的靠近目标/背景产生器的表面的曲率半径为91.04mm，所述第二透镜中的远离目标/背景产生器的表面的曲率半径为77.21mm；所述第三透镜中的非球面的曲率半径为-107.38mm，所述第三透镜中的球面的曲率半径为-82.24mm。

所述第一透镜的厚度为12mm，所述第一透镜与第二透镜的间隔为22.9mm；所述第二透镜的厚度为5mm，所述第二透镜与第三透镜的间隔为20.72mm；所述第三透镜的厚度为10.05mm，所述第三透镜与所述准直光学系统出瞳的间隔为50mm。

本发明提供的红外准直光学系统由三片同轴设置的透镜组成，分别为凸面背向目标/背景产生器的弯月形正透镜，凸面朝向目标/背景产生器的弯月形负透镜和凸面背向目标/背景产生器的弯月形正透镜。整个光学系统仅由三片透镜组成，结构相对简单，占用的空间较小，对目标/背景产生器产生的辐射在不同视场都以平行光束向外辐射，通过该准直光学系统能够将目标/背景产生器的辐射进行准直，并将经过准直的图像投射到被测红外系统中，能够针对视场角小于45°的大视场被测红外系统进行有效地检测。

附图说明

图1是红外目标模拟系统的结构示意图；

图2是红外准直光学系统的结构示意图；

图3是准直光学系统场曲畸变图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图2所示，一种红外准直光学系统，该光学系统采用“+-+”三片式结构，从目标/背景产生器1自左向右依次设有具有正光焦度的弯月形透镜2、具有负光焦度的弯月形透镜3和具有正光焦度的弯月形透镜4(也即弯月形透镜2、弯月形透镜3和弯月形透镜4逐个远离目标/背景产生器1设置)。弯月形透镜2为凸面背向目标/背景产生器的弯月形正透镜，弯月形透镜3为凸面朝向目标/背景产生器的弯月形负透镜，弯月形透镜4为凸面背向目标/背景产生器的弯月形正透镜。

在本实施例中，弯月形正透镜2厚度为12mm，弯月形负透镜3的厚度为5mm，弯月形正透镜4的厚度为10.05mm，目标/背景产生器1与弯月形正透镜2的间隔为23mm；弯月形正透镜2与弯月形负透镜3的间隔为22.9mm；弯月形负透镜3与弯月形正透镜4的间隔为20.72mm；弯月形正透镜4与准直光学系统出瞳的间隔为50mm。

在本实施例中，红外准直光学系统实现的技术指标如下：波长：8μm～13μm；出瞳直径：25mm；出瞳距离：50mm；视场：46°。

在本实施例中，透镜2的口径为73mm，透镜3和透镜4的口径均为80mm。透镜3和透镜4的口径相同，使整个准直光学系统装调简单，降低系统的装调难度，具体参数见表1。

其中，透镜2采用单晶锗材料，透镜3采用硫化锌材料，透镜4采用单晶锗材料。透镜2中靠近目标/背景产生器1的表面为球面，远离目标/背景产生器1的表面为非球面；透镜3的两个表面均为球面；透镜4中靠近目标/背景产生器1的表面为非球面，远离目标/背景产生器1的表面为球面。透镜2和透镜4中均有一个表面采用非球面是为了改善像质。而且非球面采用CODE V软件中的Asphere面型，方程为：

其中，c为曲率，r为垂直光轴方向的径向坐标，K为二次曲线常数，A为四阶非球面系数、B六阶非球面系数、C为八阶非球面系数、D为十阶非球面系数。

表1

图3为准直光学系统场曲畸变图。

对目标/背景产生器1产生的辐射在不同视场都以平行光束向外辐射，准直光学系统的光学全视场为46°。为了使该准直光学系统与被测红外成像装置相互匹配，准直光学系统的光阑6(即该准直光学系统的出瞳6)设计为在弯月形正透镜4之后50mm处，而被测红外成像装置的入瞳位置距该被测红外成像装置的光学镜头外表面的距离约45mm，所以在测试时，将准直光学系统放在被测红外成像装置前面约5mm处，也即被测红外成像装置的前表面5距准直光学系统中的弯月形正透镜4的距离约为5mm，使准直光学系统的出瞳与被测红外成像装置的入瞳重合，保证目标/背景产生器1发出的不同视场出射的光线都能进入被测红外成像装置。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，其并不局限于该实施例中的具体的参数。说在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种红外准直光学系统，其特征在于，所述光学系统由三片同轴设置的透镜组成，且第一透镜、第二透镜和第三透镜逐个远离目标/背景产生器设置，其中，第一透镜为凸面背向目标/背景产生器的弯月形正透镜，第二透镜为凸面朝向目标/背景产生器的弯月形负透镜，第三透镜为凸面背向目标/背景产生器的弯月形正透镜；所述光学系统实现的技术指标为：波长：8～13μm，出瞳直径：25mm，出瞳距离：50mm，视场：46°。

2.根据权利要求1所述的红外准直光学系统，其特征在于，所述第一透镜的材料为单晶锗，第二透镜的材料为硫化锌，第三透镜的材料为单晶锗。

3.根据权利要求1所述的红外准直光学系统，其特征在于，所述第一透镜中的靠近目标/背景产生器的表面为球面，远离目标/背景产生器的表面为非球面；第二透镜的两个表面均为球面；第三透镜中的靠近目标/背景产生器的表面为非球面，远离目标/背景产生器的表面为球面。

4.根据权利要求3所述的红外准直光学系统，其特征在于，所述第二透镜和第三透镜的口径相同。

5.根据权利要求4所述的红外准直光学系统，其特征在于，所述第一透镜的口径为73mm，第二透镜和第三透镜的口径均为80mm。

6.根据权利要求3所述的红外准直光学系统，其特征在于，所述第一透镜中的球面的曲率半径为-48.63mm，所述第一透镜的非球面的曲率半径为-45.62mm；所述第二透镜中的靠近目标/背景产生器的表面的曲率半径为91.04mm，所述第二透镜中的远离目标/背景产生器的表面的曲率半径为77.21mm；所述第三透镜中的非球面的曲率半径为-107.38mm，所述第三透镜中的球面的曲率半径为-82.24mm。

7.根据权利要求3所述的红外准直光学系统，其特征在于，所述第一透镜的厚度为12mm，所述第一透镜与第二透镜的间隔为22.9mm；所述第二透镜的厚度为5mm，所述第二透镜与第三透镜的间隔为20.72mm；所述第三透镜的厚度为10.05mm，所述第三透镜与所述准直光学系统出瞳的间隔为50mm。