大视场被动消热差短波红外光学系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及大视场被动消热差短波红外光学系统，包括从物方到像方依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、孔径光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜和探测器的焦平面，整个光学系统满足各透镜的光焦度分配满足总光焦度要求、总色差系数要求和不产生温度离焦要求；仅采用六片透镜对大视场高分辨率短波红外光学系统实现光学被动消热差，引入非球面透镜组来校正球差和彗差，同时引入三种光学材料，有效的校正了热差；利用不同材料的热常量和镜筒材料的热膨胀系数配合，使得温度变化时透镜热常量导致的离焦正好和镜筒材料的热膨胀系数导致的像面移动相一致，从而达到很好的消热差效果。
【专利说明】大视场被动消热差短波红外光学系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学【技术领域】，涉及一种大视场被动消热差短波红外光学系统。
【背景技术】
[0002] 短波红外成像技术的发展，使红外成像的波段覆盖了位于长波、中波和短波红外 的三个大气窗口。短波红外焦平面探测器是新型红外焦平面器件，采用短波红外焦平面探 测器，可利用夜天光〇. 9?2. 5 μ m波段的所有能量，明显提高夜视器材的灵敏度和作用距 离。短波红外成像技术的发展填补了从可见光到长波红外波段之间在短波红外光谱的空 白，在某些应用中有其独特的优势。短波红外光学系统可广泛应用于军事领域和民用工程 中，对应用于军事和特殊环境要求的民用场合，通常都要求其在宽的温度范围内具有稳定 的性能，特别在高分辨遥感和军事侦察方面，由于红外光学材料的折射率温度系数较大，因 此随着环境温度的变化，红外光学材料的折射率、光学元件的曲率和厚度、零件间隔等都会 发生变化，使红外光学系统产生热离焦，导致系统成像质量变差，因此必须考虑环境温度对 红外系统成像质量的影响进行消热差设计。
[0003] 红外光学系统对温度的固有敏感，为适用不同温度环境需求，通常采用机械补偿 和光学被动补偿方式进行消热差。其中机械调焦方式不能满足结构简单，成本低要求，机械 补偿用来补偿温度变化引起的像面漂移，依赖于光学系统透镜或透镜组的轴向移动，并且 调焦透镜组的选取不是随意的，要选取对光学系统成像质量较敏感的透镜组，才能进行调 焦补偿，这样的调焦方式具有一定的局限性，对于敏感度较低的光学系统，不能够很好的补 偿因环境温度变化引起的像面漂移，光学系统成像质量变差。或者调焦范围很长造成整个 系统复杂，调焦电机控制，调焦记忆，自动调焦等复杂化，系统可靠性降低。目前的短波光学 系统设计波段都在〇. 9?1. 7 μ m，采用的是玻璃材料，一些红外晶体材料如硅、锗等在该光 谱范围内不能透射。在该光谱范围内能够使用的材料主要有氟系材料如氟化钙、氟化锂、氟 化钡以及硒化锌、硫化锌等材料。材料选择范围比较小，色差比较难于校正。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种有效降低环境温度对红外系统成像质量的影像的大视 场被动消热差短波红外光学系统。
[0005] 为实现上述目的，本发明的大视场被动消热差短波红外光学系统技术方案如下： 包括从物方到像方依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、孔径光阑、第四透镜、第 五透镜、第六透镜和探测器的焦平面，整个光学系统满足以下三个公式要求：
【权利要求】
1. 大视场被动消热差短波红外光学系统，其特征在于，包括从物方到像方依次同轴设 置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、孔径光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜和探测器的 焦平面，整个光学系统满足以下三个公式要求： 各透镜的光焦度分配满足总光焦度要求：
为第i个透镜的光焦 度，比为近轴光线在透镜上的入射高度，-为系统的总光焦度； 总色差系数要求：
其中A为第i个透镜的色差系数，k 表示透镜总数， 不产生温度离焦要求
Ti为第i个透镜的热差系数， cn为镜筒材料的线膨胀系数，L为镜筒结构的总长度，X t(rtal为总离焦量。
2. 根据权利要求1所述的大视场被动消热差短波红外光学系统，其特征在于：所述六 个透镜的光焦度依次为正、负、正、负、正、负，第一透镜为双凹透镜，第二、五、六透镜的前表 面均为非球面，其它透镜表面均为球面；第三透镜弯向像方，第五透镜弯向物方。
3. 根据权利要求1所述的大视场被动消热差短波红外光学系统，其特征在于：各透镜 均采用红外晶体材料。
4. 根据权利要求3所述的大视场被动消热差短波红外光学系统，其特征在于：所述第 一、五透镜的材料为硒化锌，第二、六透镜的材料为硫化锌，第三、四透镜的材料为氟化钡。
5. 根据权利要求1所述的大视场被动消热差短波红外光学系统，其特征在于：所述探 测器为短波红外非制冷探测器。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的大视场被动消热差短波红外光学系统，其特征在 于，红外光学系统工作波段为0. 9?2. 5 μ m，F/#为1. 4,整个光学系统长度为70mm，系统的 焦距为24. 7mm。
【文档编号】G02B13/14GK104297899SQ201310628782
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】刘环宇, 潘晓东, 常勇 申请人:中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所