结构形式，不仅利用主反射镜2的大尺寸实现了整个成像 系统的大口径，而且在保证具有紧凑尺寸的情况下，形成了大焦距的成像系统，实现了利用 较小尺寸的锗单晶红外探测器进行长焦距的红外成像探测。
[0024]所示主反射镜2朝向次反射镜1的曲面为反射面，经过该反射面可将入射的光线 反射至次反射镜1上。次反射镜1朝向主反射镜2的曲面为反射面，经过该反射面反射的 光线通过通孔进入后端的透镜组。主反射镜2和次反射镜1的反射面均为非球面，主反射 镜2和次反射镜1可以采用普通材料加工，比如K9、铝等，它们可以做成很大直径的光学玻 璃，同时这种结构不需要使用施密特校正板，不涉及使用大口径锗，使用铝更加容易加工出 非球面。主反射镜2和次反射镜1只使用该光学件的一个曲面，另一面可不做加工处理。
[0025] 所示的透镜组由第一透镜3、第二透镜4和第三透镜5组成，三个透镜也均同轴设 置，由次反射镜1反射的光线通过通孔后，依次经第一透镜3、第二透镜4和第三透镜5的折 射，最终照射在后端的非制冷红外探测器6上，实现红外成像。第三透镜5朝向非制冷红外 探测器6的曲面为非球面，第一透镜3、第二透镜4和第三透镜5均由锗材料制成。
[0026]光阑设置在主反射镜2上，次反射镜1与主反射镜2直径之比小于1/3,遮拦比小 于1/9,有效进光面积约为90%。
[0027] 定义主反射镜和次反射镜的反射面分别为S1、S2,第一透镜、第二透镜和第三透镜 背向非制冷红外探测器的曲面分别为S3、S5和S7,朝向非制冷红外探测器的曲面分别为 S4、S6和S8,非制冷红外探测器的成像面为S9,以光焦距为600 mm的非制冷红外光学系统 为例，各反射镜和透镜的具体参数如表1所示：
[0028]表1
[0029]
[0030] 曲面SI、S2和S8均为非球面，其参数如表2所示：
[0031]表 2
[0034] 非球面Sl、S2、S8通过公式⑴进行确定：
[0035]
[0036] 其中，k为非球面的圆锥系数，a 4、a 6、a 8为非球面的4次、6次、8次系数；r为非 球面上距离光轴垂直方向上的高度，z为非球面上距离透镜中心水平方向上的距离；
[0037] 非球面具有更佳的曲率半径，可以进行较好的像差修正并有利于减小系统长度， 以获得所需的性能。非球面透镜的应用，带来了出色的锐度和更高的分辨率，使整个光学系 统的光学效果更佳。
[0038] 光学系统焦距为600 mm，F数为0? 9,考虑挡光部分，等效换算为600 mm，F数1. 0 的系统。该系统适用于波长8-12 ym的长波红外。适用的探测器为像素数324X256、像元 大小为38 ym，同时可以兼容高分辨率640X512,像元大小为17 ym的探测器。
【主权项】
1. 一种大口径长焦距折返式红外非制冷成像系统，其特征在于：包括沿光轴由外至内 依次设置的次反射镜（1)、主反射镜（2)、透镜组和非制冷红外探测器（6)，主反射镜的中央 开设有圆形通孔；主反射镜将场景内的入射光线反射至次反射镜上，经次反射镜反射的光 线穿过通孔后进入透镜组，透镜组对光线折射后使其聚焦在非制冷红外探测器上，以实现 长焦距非制冷红外成像。2. 根据权利要求1所述的大口径长焦距折返式红外非制冷成像系统，其特征在于：所 述主反射镜（2)和次反射镜（1)均为具有正屈光度的反射式光学元件，主反射镜朝向次反 射镜的曲面为反射面，次反射镜朝向主反射镜的曲面为反射面，主反射镜和次反射镜的反 射面均为非球面。3. 根据权利要求1或2所述的大口径长焦距折返式红外非制冷成像系统，其特征在于： 所述红外非制冷成像系统的光阑设置于主反射镜（2)上，次反射镜（1)与主反射镜的直径 之比小于1/3,遮拦比小于1/9。4. 根据权利要求1或2所述的大口径长焦距折返式红外非制冷成像系统，其特征在于： 所述主反射镜（2)和次反射镜（1)均由光学铝材料制成，透镜组的材料为锗。5. 根据权利要求2所述的大口径长焦距折返式红外非制冷成像系统，其特征在于：所 述透镜组由第一透镜（3 )、第二透镜（4 )和第三透镜（5 )组成，第三透镜（5 )朝向非制冷红外 探测器（6) -侧的曲面为非球面。6. 根据权利要求5所述的大口径长焦距折返式红外非制冷成像系统，其特征在于：定 义主反射镜（2)和次反射镜（1)的反射面分别为Sl、S2,第一透镜（3)、第二透镜（4)和第 三透镜（5)背向非制冷红外探测器（6)的曲面分别为S3、S5和S7,朝向非制冷红外探测器 的曲面分别为S4、S6和S8,非制冷红外探测器的成像面为S9 ;曲面S1至S8的曲率半径分 别为 _l〇28. 94mm.-550. 35mm、192. 5mm、300. 88mm、268. 58mm、168. 38mm、100. 56mm.80. 34mm, SI至S9 中相邻两曲面的间距分别为-428. 787mm、450. 455mm、13、14. 37mm、llmm、17. 545mm、 15mm.36. 433mm〇7. 根据权利要求5或6所述的大口径长焦距折返式红外非制冷成像系统，其特征在于:所 述主反射镜(2)、次反射镜（1)和第三透镜(5)上的非球面SI、S2和S8通过公式（1)进行确定：其中，k为非球面的圆锥系数，a4、a6、a8为非球面的4次、6次、8次系数；r为非球面 上距离光轴垂直方向上的高度，z为非球面上距离透镜中心水平方向上的距离； 非球面Sl、S2和S8的各参数取值如下表：〇
【专利摘要】本实用新型的大口径长焦距折返式红外非制冷成像系统，其特别之处在于：包括沿光轴由外至内依次设置的次反射镜、主反射镜、透镜组和非制冷红外探测器，主反射镜的中央开设有圆形通孔；主反射镜将场景内的入射光线反射至次反射镜上，经次反射镜反射的光线穿过通孔后进入透镜组，透镜组对光线折射后使其聚焦在非制冷红外探测器上，以实现长焦距非制冷红外成像。本实用新型的红外非制冷成像系统，入射的光线首先经主反射镜向前反射，然后再经次反射镜向后反射，解决了由于锗材料尺寸的限制非制冷红外系统焦距不能做到很大的问题，可以达到上千毫米焦距；具有长焦距、结构紧凑、视场大的有点，可广泛应用于航空、航天等光电成像领域。
【IPC分类】G02B17/08, G01J5/08, G02B13/18, G02B13/14
【公开号】CN204719322
【申请号】CN201520490351
【发明人】刘涛, 张培娜, 马兴才, 董术永, 孙建军
【申请人】山东神戎电子股份有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月8日