CN115931308A - 一种应用于高低温传函仪的红外中继系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于高低温传函仪的红外中继系统，物面与像面分别对应被测镜头焦面与点源探测器靶面，实现两者共轭，采用二次成像的结构形式，将被测镜头的焦面共轭成像至温箱外中间像面，刀口/狭缝放置于中间像面位置，实现刀口/狭缝温箱外扫描，并再共轭至点源探测器靶面，实现信号传递，便于信号MTF解算，被测镜头焦面经过温箱保护窗口和前组成像至刀口/狭缝处，再经过后组成像系统共轭成像至点源探测器靶面。本发明中继系统放大倍率为1×，物方数值孔径为0.25，工作波长3μm～5μm，刀口/狭缝处中间像点和像面处的传函在100lp/mm处均接近衍射极限，达到0.1以上。

Description

一种应用于高低温传函仪的红外中继系统

技术领域

本发明属于红外系统技术领域，更具体地，涉及一种应用于高低温传函仪的红外中继系统，适用于F数2以上的中波红外被测镜头进行高低温传函测试。

背景技术

光学传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)，能够定量反映光学系统孔径、光谱成分以及像差大小所引起的综合效果，可以进行精确客观的直接测量，能够有效对光学系统所成图像的质量进行综合表达，因此被公认为现代光学系统像质评价的重要指标。

光学系统工作于外部恶劣环境时，环境温度变化将引起光学系统的材料折射率变化、光学与结构件热胀冷缩，进而导致系统焦距变化、像面位移(离焦)、成像质量恶化等。这种光学系统的热不稳定性主要是由于光学材料的热稳定性较差，多数光学材料的折射率随温度变化明显。因此，对高低温条件下镜头的成像质量进行精确测试，有助于定量评价镜头的高低温成像性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种应用于高低温传函仪的红外中继系统，能够应用于测试被测镜头在高低温环境下的传递函数，使得被测镜头在高低温条件下的像质有了量化的体现，具有二次成像、大数值孔径、高成像质量等特点。

为实现上述目的，本发明提供了一种应用于高低温传函仪的红外中继系统，包括：前组成像系统、温箱保护窗口、刀口或狭缝和后组成像系统；

所述前组成像系统包括第一前组透镜、第二前组透镜、第三前组透镜和第四前组透镜；所述后组成像系统包括第一后组透镜、第二后组透镜、第三后组透镜和第四后组透镜；所述温箱保护窗口包括第一温箱保护窗口和第二温箱保护窗口；

物方成像光束依次经过第一温箱保护窗口、第二温箱保护窗口、第一前组透镜、第二前组透镜、第三前组透镜和第四前组透镜后一次成像，刀口或狭缝靠近物方的前表面放置在一次像点处，再经过第一后组透镜、第二后组透镜、第三后组透镜和第四后组透镜二次成像在点源探测器靶面上。

接上述技术方案，光学透镜材料均取红外光学系统常用的材料硅和锗，光线入射方向为物方，即为被测镜头的焦面，光线出射方向为像方，即为点源探测器靶面，第一温箱保护窗口和第二温箱保护窗口均是一片氟化钙平面窗口，第一前组透镜是一片凸面向像方的硅正透镜，第二前组透镜是一片凸面向物方的弯月形锗负透镜，第三前组透镜是一片凸面向物方的弯月形硅正透镜，第四前组透镜是一片凸面向像方的弯月形锗负透镜，刀口或狭缝均是一片蓝宝石平面玻璃，第一后组透镜是一片凸面向像方的弯月形硅正透镜，第二后组透镜是一片凸面向像方的弯月形锗负透镜，第三后组透镜是一片凸面向物方的弯月形硅正透镜，第四后组透镜是一片双凸锗负透镜。

接上述技术方案，所述红外中继系统放大倍率为1×，物方数值孔径0.25。

接上述技术方案，所述红外中继系统采用二次成像的结构形式，前组成像系统和后组成像系统单独分开设计，严格保证一次像点处刀口或狭缝处的像质。

接上述技术方案，为了有效的校正色差、平衡像差，所述红外中继系统部分光学元件采用了非球面，减少系统透镜数量，提高系统成像质量和透过率，第二前组透镜靠近物方的第一面和第三后组透镜远离物方的第二面分别为非球面。

接上述技术方案，所述红外中继系统在一次像点和二次像点处的像质均接近衍射极限，不会影响被测镜头的传函。

接上述技术方案，所述红外中继系统在前组成像系统前放置有两片温箱保护窗口，在高低温环境下隔热不结霜，并且带入系统进行优化，能够测试被测镜头在高低温试验箱中的传递函数。

接上述技术方案，所述红外中继系统的物方数值孔径达到0.25，分辨率高，适用于F数2及以上的中波红外被测镜头进行传函测试。

接上述技术方案，所述红外中继系统包括8片透镜、两片温箱保护窗口和刀口或狭缝。

接上述技术方案，所述红外中继系统中所含的镜片最大口径不超过20mm。

其中，所述红外中继系统部分光学元件采用了非球面，减少系统透镜数量，提高系统成像质量和透过率。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明中继系统的主要功能有三方面，一是其物面与像面分别对应被测镜头焦面与点源探测器靶面，实现两者共轭；二是将被测镜头焦面共轭成像至温箱外中间像面，实现刀口/狭缝温箱外扫描，并再共轭至点源探测器靶面，实现信号传递，便于信号MTF解算，能够应用于测试被测镜头在高低温环境下的传递函数，使得被测镜头在高低温条件下的像质有了量化的体现。

2、镜头在前组成像系统前放置有两片温箱保护窗口，在高低温环境下隔热不结霜，并且带入系统进行优化，能够测试被测镜头在高低温试验箱中的传递函数；

3、本发明中继系统数值孔径达到0.25，能够对F数2及以上的中波红外镜头进行传函测试；

4、本发明中继系统采用二次成像的结构形式，前组和后组单独分开设计，严格保证刀口/狭缝处一次像点处的像质，不会影响被测镜头的传函结果；

5、本发明中继系统波段设计范围为3～5μm，能够适用于大部分中波红外光学系统的测试。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种光学系统示意图；

图2是本发明实施例提供的一种光学系统二维图；

图3是本发明实施例提供的一种光学系统前组成像系统100lp/mm时MTF图；

图4是本发明实施例提供的一种光学系统后组成像系统100lp/mm时MTF图；

图5是本发明实施例提供的一种光学系统整组100lp/mm时MTF图；

图6是本发明实施例提供的一种光学系统前组成像系统点列图；

图7是本发明实施例提供的一种光学系统后组成像系统点列图；

图8是本发明实施例提供的一种光学系统整组点列图；

图中，1-第一温箱保护窗口，2-第二温箱保护窗口，3-第一前组透镜，4-第二前组透镜，5-第三前组透镜，6-第四前组透镜，7-刀口，8-狭缝，9-第一后组透镜，10-第二后组透镜，11-第三后组透镜，12-第四后组透镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。

按照图1所示的光学系统示意图，本发明公开了一种应用于高低温传函仪的红外中继系统，工作波段3～5μm，放大倍率为1×，物方数值口径0.25。

物方成像光束依次经过第一温箱保护窗口1、第二温箱保护窗口2、第一前组透镜3、第二前组透镜4、第三前组透镜5和第四前组透镜6后一次成像，刀口7或狭缝8前表面放置在一次像点处，再经过第一后组透镜9、第二后组透镜10、第三后组透镜11、第四后组透镜12二次成像在点源探测器靶面上。

在本发明实施例中，本发明的红外中继系统包括8片透镜、两片氟化钙材料的温箱保护窗口和蓝宝石材料的刀口或者狭缝，第一前组透镜3是一片凸面向像方的硅正透镜，第二前组透镜4是一片凸面向物方的弯月形锗负透镜，其远离被测镜头的第二面是非球面，非球面系数为A＝-6.75×10^-7，B＝7.35×10^-9，第三前组透镜5是一片凸面向物方的弯月形硅正透镜，第四前组透镜6是一片凸面向像方的弯月形锗负透镜，刀口7和狭缝8均是一片蓝宝石平面玻璃，第一后组透镜9是一片凸面向像方的弯月形硅正透镜，第二后组透镜10是一片凸面向像方的弯月形锗负透镜，第三后组透镜11是一片凸面向物方的弯月形硅正透镜，其远离被测镜头的第二面是非球面，非球面系数为A＝3.59×10^-6，B＝-2.88×10^-9，第四后组透镜12是一片双凸锗负透镜。

进一步地，本发明的红外中继系统中所含的镜片最大口径不超过20mm，体积小，结构紧凑；

进一步地，本发明的红外中继系统中采用二次成像的结构形式，严格保证刀口/狭缝处一次像点处的像质；

进一步地，本发明的红外中继系统中在前组成像系统前放置有两片温箱保护窗口，在高低温环境下隔热不结霜，能够测试被测镜头在高低温试验箱中的传递函数；

进一步地，本发明的红外中继系统数值孔径达到0.25，能够对F数2及以上的中波红外镜头进行传函测试；

进一步地，沿光轴方向，第一温箱保护窗口和第二温箱保护窗口距离为6mm，第二温箱保护窗口远离被测镜头的第二面与第一前组透镜靠近被测镜头的第一面的距离为6mm，第四前组透镜的原理被测镜头的第二面与刀口/狭缝靠近被测镜头的第一面的距离为20mm，刀口/狭缝与第一后组透镜靠近被测镜头的第一面的距离为22mm。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于高低温传函仪的红外中继系统，其特征在于，包括：前组成像系统、温箱保护窗口、刀口或狭缝和后组成像系统；

所述前组成像系统包括第一前组透镜、第二前组透镜、第三前组透镜和第四前组透镜；所述后组成像系统包括第一后组透镜、第二后组透镜、第三后组透镜和第四后组透镜；所述温箱保护窗口包括第一温箱保护窗口和第二温箱保护窗口；

物方成像光束依次经过第一温箱保护窗口、第二温箱保护窗口、第一前组透镜、第二前组透镜、第三前组透镜和第四前组透镜后一次成像，刀口或狭缝靠近物方的前表面放置在一次像点处，再经过第一后组透镜、第二后组透镜、第三后组透镜和第四后组透镜二次成像在点源探测器靶面上。

2.根据权利要求1所述的红外中继系统，其特征在于，光线入射方向为物方，即为被测镜头的焦面，光线出射方向为像方，即为点源探测器靶面，第一温箱保护窗口和第二温箱保护窗口均是一片氟化钙平面窗口，第一前组透镜是一片凸面向像方的硅正透镜，第二前组透镜是一片凸面向物方的弯月形锗负透镜，第三前组透镜是一片凸面向物方的弯月形硅正透镜，第四前组透镜是一片凸面向像方的弯月形锗负透镜，刀口或狭缝均是一片蓝宝石平面玻璃，第一后组透镜是一片凸面向像方的弯月形硅正透镜，第二后组透镜是一片凸面向像方的弯月形锗负透镜，第三后组透镜是一片凸面向物方的弯月形硅正透镜，第四后组透镜是一片双凸锗负透镜。

3.根据权利要求2所述的红外中继系统，其特征在于，所述红外中继系统放大倍率为1×，物方数值孔径0.25。

4.根据权利要求2所述的红外中继系统，其特征在于，第二前组透镜靠近物方的第一面和第三后组透镜远离物方的第二面分别为非球面。

5.根据权利要求2所述的红外中继系统，其特征在于，所述红外中继系统在一次像点和二次像点处的像质均接近衍射极限。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的红外中继系统，其特征在于，所述红外中继系统适用于F数2及以上的中波红外被测镜头进行传函测试。

7.根据权利要求6所述的红外中继系统，其特征在于，所述红外中继系统中所含的镜片最大口径不超过20mm。

8.根据权利要求7所述的红外中继系统，其特征在于，所述红外中继系统波段设计范围为3μm～5μm。

9.根据权利要求5所述的红外中继系统，其特征在于，刀口或狭缝处中间像点和像面处的传函在100lp/mm处均接近衍射极限，达到0.1以上。

Images