一种超大光圈短波红外光学系统的制作方法

文档序号:26001568发布日期:2021-07-23 21:18阅读:118来源:国知局
一种超大光圈短波红外光学系统的制作方法

本发明涉及光学系统技术领域,具体为一种超大光圈短波红外光学系统。



背景技术:

短波红外介于近红外波段和热红外波段之间,是大气光学窗口之一。短波红外与可见光均是来自地物目标反射的周围环境中的光辐射,这种相似性使得短波红外图像具有丰富的细节特征,能够提供媲美可见光图像质量的短波红外影像。

与紫外线和可见光相比,短波红外受到大气的散射作用更小,对大气中的液滴和微粒具有更强的绕射能力,因此可以在雾、霾、烟尘等恶劣大气环境中成像。与中波红外和长波红外相比,短波红外能够透过常规光学玻璃材料的特性是无可比拟的一项优势。中波红外和长波红外光学系统需要使用光学晶体等特殊的光学材料,增加了系统设计的复杂度。短波红外的这一优势为短波红外光学系统的设计和优化提供了更多的自由度,极大地降低了光学系统的设计难度,常规的低成本光学玻璃材料的使用提高了系统的性价比。

优良的光学特性使短波红外成像在目标探测和识别中具有广阔的应用前景和巨大的开发潜力。军事领域,短波红外适于执行全天时、全天候远程隐蔽侦察,可以用于伪装目标的识别和导弹尾迹识别;民用领域,短波红外在森林火灾监测、地表矿物资源探测、海洋环境监测、土壤含水量测量等方面发挥着重要的作用。

现有的短波红外光学系统的分辨率普遍低于10um像元;光圈最大仅支持f1.4,进光量不足导致探测灵敏度不高,难以适用于复杂的探测环境。



技术实现要素:

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足,本发明提供了一种超大光圈短波红外光学系统。

(二)技术方案

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种超大光圈短波红外光学系统,包括前镜组以及后镜组,所述前镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜,所述后镜组包括第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜以及第十一透镜,所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜以及第十一透镜沿着光轴由物侧至像侧依次设置,所述第一透镜为双凹负透镜,第二透镜为弯月负透镜,第三透镜为双凸正透镜,第四透镜为双凸正透镜。

进一步的,第五透镜为双凸正透镜,第六透镜为双凹负透镜。

进一步的,所述第七透镜为双凹负透镜,第八透镜为平凸透镜,第九透镜为双凸正透镜。

进一步的,所述第十透镜为双凸正透镜,第十一透镜为双凹负透镜。

进一步的,所述前镜组中第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为5mm~5.5mm,第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为5.7mm~5.9mm,第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为0.05mm~0.25mm,第四透镜与第五透镜之间的空气间隔为0.05mm~0.25mm,前镜组与后镜组之间的空气间隔为10mm~10.5mm,第七透镜与第八透镜之间的空气间隔为1.5mm~1.9mm,第八透镜与第九透镜之间的空气间隔为0.05mm~0.15mm,第九透镜与第十透镜之间的空气间隔为2.5mm~2.8mm。

进一步的,所述前镜组与后镜组组成的光学系统的焦距为f,第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜焦距为f1、f2、f3、f4、f5、f6,前镜组焦距f1、f2、f3、f4、(f5+f6)与f满足以下比例:-2<f1/f<-1,-5<f2/f<-3,2<f3/f<3.5,1<f4/f<3,-5<(f5+f6)/f<-3。

进一步的,所述前镜组与后镜组组成的光学系统的焦距为f,第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜的焦距分别为f7、f8、f9、f10、f11,后镜组焦距f7、f8、f9、(f10+f11)与f满足以下比例:-1<f7/f<1,1<f8/f<3,0.5<f9/f<2.5,2<(f10+f11)/f<4。

进一步的,所述第一透镜满足关系式:nd≥1.5,vd≥64;第二透镜满足关系式:nd≥1.55,vd≥63;第三透镜满足关系式:nd≥1.75,vd≥45;第四透镜满足关系式:nd≥1.75,vd≥45;第五透镜满足关系式:nd≥1.55,vd≥65;第六透镜满足关系式:nd≥1.7,vd≥29;第七透镜满足关系式:nd≥1.7,vd≥25;第八透镜满足关系式:nd≥1.55,vd≥65;第九透镜满足关系式:nd≥1.8,vd≥40;第十透镜满足关系式:nd≥1.9,vd≥35;第十一透镜满足关系式:nd≥1.8,vd≥20;其中nd为折射率,vd为阿贝常数。

进一步的,所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜以及第十一透镜材质采用玻璃材质

(三)有益效果

与现有技术相比,本发明提供了一种超大光圈短波红外光学系统,具备以下有益效果:

该超大光圈短波红外光学系统,本发明成像质量高,能满足4um像元的探测器使用需求;超大光圈,最高可达f0.9;具有温度补偿功能,在-40℃~+80℃的温度范围内保持成像清晰。

附图说明

图1为本发明光学系统图;

图2为本发明mtf图;

图3为本发明的畸变图;

图中: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;9、第九透镜;10、第十透镜;11、第十一透镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3,一种超大光圈短波红外光学系统,包括沿着光轴由物侧至像侧依次第一透镜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、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10以及第十一透镜11。十一片透镜的材质均为玻璃。第一透镜1为双凹负透镜,第二透镜2为弯月负透镜。第三透镜3为双凸正透镜,第四透镜4为双凸正透镜。

所述第五透镜5为双凸正透镜,第六透镜6为双凹负透镜,第五透镜5与第六透镜6密接构成透镜胶合组。

所述第一透镜1至第六透镜6六者构成前镜组。

所述第七透镜7为双凹负透镜,第八透镜8为平凸透镜,第九透镜9为双凸正透镜。

所述第十透镜10为双凸正透镜,第十一透镜11为双凹负透镜,第十透镜10与第十一透镜11密接构成透镜胶合组。

第七至第十一透镜11六者构成光焦度为正的后镜组。

前镜组中第一透镜1与第二透镜2之间的空气间隔为5.3mm,第二透镜2与第三透镜3之间的空气间隔为5.8mm,第三透镜3与第四透镜4之间的空气间隔为0.1mm,第四透镜4与第五透镜5之间的空气间隔为0.1mm,前镜组与后镜组之间的空气间隔为10.1mm,第七透镜7与第八透镜8之间的空气间隔为1.7mm,第八透镜8与第九透镜9之间的空气间隔为0.1mm,第九透镜9与第十透镜10之间的空气间隔为2.7mm。

前镜组与后镜组组成的光学系统的焦距为f,第一透镜1、第二透镜2焦距为f1、f2,前镜组焦距满足f1、f2与f满足以下比例:

-3<f1/f<-2.5,3<f2/f<3.5。

前镜组与后镜组组成的光学系统的焦距为f,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、第八透镜8的焦距分别为f3、f4、f5、f6、f7、f8,后镜组焦距f3、f4、f5、f6、f7、f8与f满足以下比例:

4<(f3+f4)/f<5,-6.5<(f5+f6)/f<-6,

3.5<f7/f<4,4.5<f8/f<5。

通过对本发明形成的光学系统的光焦度按照以上比例进行合理分配,各镜片相对于系统焦距f成一定比例,使本发明形成的光学系统的像差得到合理的校正与平衡。

第一透镜1满足关系式:nd≥1.85,vd≥38;第二透镜2满足关系式:nd≥1.85,vd≥38;第三透镜3满足关系式:nd≥1.85,vd≥20;第四透镜4满足关系式:nd≥1.85,vd≥38;第五透镜5满足关系式:nd≥1.65,vd≥30;第六透镜6满足关系式:nd≥1.55,vd≥68;第七透镜7满足关系式:nd≥1.85,vd≥38;第八透镜8满足关系式:nd≥1.85,vd≥38;其中nd为折射率,vd为阿贝常数,具体光学镜组参数如表1所示。

表1

综上所述,该超大光圈短波红外光学系统,在使用时,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、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10以及第十一透镜11沿着光轴由物侧至像侧依次摆放,并使得第一透镜1与第二透镜2之间的空气间隔为5.3mm,第二透镜2与第三透镜3之间的空气间隔为5.8mm,第三透镜3与第四透镜4之间的空气间隔为0.1mm,第四透镜4与第五透镜5之间的空气间隔为0.1mm,前镜组与后镜组之间的空气间隔为10.1mm,第七透镜7与第八透镜8之间的空气间隔为1.7mm,第八透镜8与第九透镜9之间的空气间隔为0.1mm,第九透镜9与第十透镜10之间的空气间隔为2.7mm,之后操作人员将物体放置在物侧进行观测。

在该文中的描述中,需要说明的是,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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