CN106342269B - 一种大视场中波红外光学无热化系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种大视场中波红外光学无热化系统，包括一次成像物镜A、二次成像物镜B、探测器保护光窗、探测器滤光片和冷光阑，其特征在于：一次成像物镜A由透镜I、透镜II组成，采用凸凸透镜构型，一次成像物镜A的焦距为11.65mm，透镜I和透镜II均为凸透镜；二次成像物镜B由透镜III、透镜IV、透镜V、透镜VI组成，采用凸凸凹凸的透镜布局方式，二次成像物镜B的焦距为30.07mm，透镜III和透镜IV均为凸透镜，透镜III和透镜IV的焦距为29.67mm，透镜V(5)为凹透镜，透镜VI(6)是凸透镜；，透镜V和透镜VI的焦距为73.74mm；一次成像物镜A与二次成像物镜B的距离为51.02mm。本发明技术方案的效果是：1.宽广温度范围内(-40℃～+60℃)，光学系统的成像质量较高，中心视场，20lp/mm处MTF值不小于0.55，边缘视场，20lp/mm处MTF值不小于0.55；2.大视场的畸变较小，全视场的畸变小于5％。

Description

一种大视场中波红外光学无热化系统

技术领域

本发明是一种大视场中波红外光学无热化系统，属于光学技术领域。

背景技术

大多数机载军用光学仪器的工作环境温度变化范围比较大，温度变化时会引起光学元件的曲率、厚度、折射率发生变化，由于红外光学材料的折射率温度系数比可见光材料大一个或两个数量级，因此环境温度变化对红外光学系统的影响显得尤为严重，所以必须在红外成像系统中加入主动或被动补偿机构，以补偿温度变化造成像面移动所引起的系统性能降低。

发明内容

本发明正是针对现有技术状况而设计提供了一种大视场中波红外光学无热化系统，该系统利用多种光学材料不同的温度特性和线性膨胀系数，同时和镜筒材料配合，实现对环境温度变化的自适应，无热化功能。其目的是有效地简化光学系统结构、减轻重量、缩小体积和改善成像像质量。

本发明的目的是通过以下措施来实现的：

该种大视场中波红外光学无热化系统，包括一次成像物镜A、二次成像物镜B、探测器保护光窗、探测器滤光片和冷光阑，其结构设计特征在于：

一次成像物镜A由透镜I、透镜II组成，采用凸凸透镜构型，其中为了使一次成像物镜A的口径不至于过大，透镜I(1)采用非球面硅透镜，用来将光路初步压窄，透镜II(2)采用非球面锗透镜，用来将光路会聚，透镜I(1)和透镜II(2)由于采用了不同的材料，进行光谱象差的校正；一次成像物镜A的焦距为11.65mm，透镜I和透镜II均为凸透镜；

二次成像物镜B由透镜III、透镜IV、透镜V、透镜VI组成，采用凸凸凹凸的透镜布局方式，其中透镜III(3)、透镜IV(4)采用硒化锌材料，透镜V(5)、透镜VI(6)采用一次成像物镜相对称的材料分布，透镜V(5)采用单晶锗材料，透镜VI(6)采用单晶硅材料；二次成像物镜B的焦距为30.07mm，透镜III(3)为凸透镜、透镜IV(4)为凸透镜，透镜III(3)和透镜IV(4)的焦距为29.67mm，透镜V(5)为凹透镜，透镜VI(6)是凸透镜；透镜V(5)和透镜VI(6)的焦距为73.74mm；

一次成像物镜A与二次成像物镜B的距离为51.02mm。

该系统光路的前端设置一次成像物镜A，后面为二次成像物镜B，二次成像物镜B的后面依次设置为探测器保护光窗(7)、探测器滤光片(8)、冷光阑(9)。

本发明技术方案是采用单晶硅、单晶锗以及硒化锌等多种光学材料，利用其不同的温度特性，来消除热差。具体实现方式如下：

1.采用单晶硅、单晶锗材料的透镜设计一次成像物镜，来压窄光路，消除基本象差；

2.采用采用硒化锌、单晶硅、单晶锗材料的透镜设计二次成像物镜，来消除热差，减小畸变；

3.通过一次成像镜组和二次成像镜组的距离调整，来优化整个光学的像质。

附图说明

图1是本发明技术方案实施例的光学组成及结构示意图

图2是图1光路中加入折射后的光学组成及结构示意图

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图1～2所示，该种大视场中波红外光学无热化系统，包括一次成像物镜A、二次成像物镜B、探测器保护光窗7、探测器滤光片8和冷光阑9，该系统光路的前端设置一次成像物镜A，后面为二次成像物镜B，二次成像物镜B的后面依次设置为探测器保护光窗7、探测器滤光片8、冷光阑9，其特征在于：

一次成像物镜A由透镜I1、透镜II2组成，采用凸凸透镜构型，其中为了使一次成像物镜A的口径不至于过大，透镜I1采用非球面硅透镜，用来将光路初步压窄，透镜II2采用非球面锗透镜，用来将光路会聚，透镜I1和透镜II2由于采用了不同的材料，进行光谱象差的校正；一次成像物镜A的焦距为11.65mm，透镜I1和透镜II2均为凸透镜，起到将光路压窄的作用，并校正基本象差和光谱色差。透镜I1的材料为单晶硅材料，透镜I1第一面为非球面，主要用来校正光阑带来的象差。为减小光学系统的体积，光学系统的入瞳放在第一面附近。透镜II2的材料为单晶锗材料，透镜II2第一面为非球面，主要用来校正系统的球差、彗差等基本象差，并压窄光路。镜筒采用普通铝合金。

二次成像物镜B由透镜III3、透镜IV4、透镜V5、透镜VI6组成，二次成像物镜B的焦距为30.07mm，采用凸凸凹凸的透镜布局方式，其中透镜III3、透镜IV4采用硒化锌材料，透镜V5、透镜VI6采用一次成像物镜相对称的材料分布，透镜V5采用单晶锗材料，透镜VI6采用单晶硅材料；主用来校正宽广温度范围造成的象差以及高级象差。透镜III3、透镜IV4的材料为硒化锌，透镜III3和透镜IV4均为凸透镜，透镜III3和透镜IV4的焦距为29.67mm，透镜V5为凹透镜，透镜VI6是凸透镜；，透镜V5和透镜VI6的焦距为73.74mm；透镜IV4的第二面为非球面；透镜III3与透镜IV4对一次成像物镜A的发散光线进行会聚，并校正由此引起的球差、彗差、畸变。透镜V5使用单晶锗材料，透镜V5的第二面为非球面；透镜VI6使用单晶硅材料，透镜VI6的第一面为非球面。透镜V5、透镜VI6对透镜III3与透镜IV4所压窄的光路进行进一步压窄，并与其它透镜一起校正宽光谱范围内的色差、热差、球差、彗差、畸变。并根据系统像质的要求，分别在不同的透镜面上使用非球面来校正高级象差。

一次成像物镜A与二次成像物镜B的距离为51.02mm。可以充分保证系统热差的消除，并尽可能的减少冷反射的影响。根据不同空间需求，一次成像物镜A与二次成像物镜B可以通过折转反射镜11进行折转，来充分利用空间。

光学系统的焦距为10.64mm，F#为1.8，光学系统全长为115mm，为减小系统的体积，系统的入瞳位置在透镜I1前面2.92mm处。

通过调整一次成像物镜A与二次成像物镜B的距离，在尽量减小系统冷反射的同时，对由于宽广温度范围内的热差进行消除。通过系统在-45℃，+20℃，+60℃时，各种材料线性膨胀系数的变化、镜筒材料的线性膨胀系数的变化、透镜折射率的变化等参数的优化，最终达到消除系统热差，保证系统像质。

与现有技术相比，本发明技术方案的效果是：

1.宽广温度范围内(-40℃～+60℃)，光学系统的成像质量较高，中心视场，20lp/mm处MTF值不小于0.55，边缘视场，20lp/mm处MTF值不小于0.55；

2.大视场的畸变较小，全视场的畸变小于5％。

Claims (1)

1.一种大视场中波红外光学无热化系统，包括一次成像物镜A、二次成像物镜B、探测器保护光窗(7)、探测器滤光片(8)和冷光阑(9)，其特征在于：

一次成像物镜A由透镜I(1)、透镜II(2)组成，采用凸凸透镜构型，用来将光路初步压窄的透镜I(1)采用非球面硅透镜，用来将光路会聚的透镜II(2)采用非球面锗透镜，一次成像物镜A的焦距为11.65mm，透镜I(1)和透镜II(2)均为凸透镜；

二次成像物镜B由透镜III(3)、透镜IV(4)、透镜V(5)、透镜VI(6)组成，采用凸凸凹凸的透镜布局方式，其中透镜III(3)、透镜IV(4)采用硒化锌材料，透镜V(5)、透镜VI(6)采用一次成像物镜相对称的材料分布，透镜V(5)采用单晶锗材料，透镜VI(6)采用单晶硅材料；二次成像物镜B的焦距为30.07mm，透镜III(3)为凸透镜、透镜IV(4)为凸透镜，透镜III(3)和透镜IV(4)的焦距为29.67mm，透镜V(5)为凹透镜，透镜VI(6)是凸透镜；透镜V(5)和透镜VI(6)的焦距为73.74mm；

一次成像物镜A与二次成像物镜B的距离为51.02mm；

该系统光路的前端设置一次成像物镜A，后面为二次成像物镜B，二次成像物镜B的后面依次设置为探测器保护光窗(7)、探测器滤光片(8)、冷光阑(9)。