一种无热化超大视场中波红外光学系统的制作方法

本发明属于光学系统设计技术，涉及一种无热化超大视场中波红外光学系统。

背景技术：

高科技武器的应用使现代战争中的威胁具有全向性,在空中,飞机有可能同时遭受来自前、后、左、右、上、下方向的攻击,对于陆地上的目标,其有可能遭受来自空中各个方向的袭击,为此要求红外告警系统、势态感知系统等需具备大范围侦测能力。因此,世界各军事强国一直将大视角凝视红外成像技术作为红外告警系统的重点研究向。

技术实现要素：

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无热化超大视场中波红外光学系统，是一种透镜片数少、光机材料种类少、成像效果好、光学被动无热化超大视场中波红外光学系统。

技术方案

一种无热化超大视场中波红外光学系统，其特征在于包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；光学系统总长为63mm，按光路走向依次同轴设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；第一透镜光焦度为负，厚度为3.5mm；第二透镜光焦度为负，厚度为4.0mm；第三透镜光焦度为负，厚度为4.0mm；第四透镜光焦度为正，厚度为2.0mm；第五透镜光焦度为正，厚度为3.9mm；所述第一透镜与第二透镜间隔39.5mm，第二透镜与第三透镜间隔5.1mm，第三透镜与第四透镜间隔0.5mm，第三透镜与第四透镜间隔0.5mm。

所述第一透镜第一面为非球面、第二透镜第一面为非球面、第五透镜第一面为非球面，其余均为球面。

所述镜筒采用铝合金，第一透镜材料、第二透镜和第三透镜材料为锗；第四透镜材料为硅；第五透镜材料为硒化锌。

工作波段为3700nm～4800nm，中心波长为4200nm。

光学系统f数为2.0。

该光学系统匹配分辨率为640×512的凝视型中波制冷型红外探测器，光学系统的焦距为4.8mm，对应的光学视场为90°×90°。

镜筒采用铝合金，利用所选用的锗、硅、硒化锌光学材料不同的温度特性来消除热差，经过优化设计，实现了被动无热化设计，保证了在-40℃～+60℃的宽温度范围内具有良好的耐受性。

有益效果

本发明提出的一种无热化超大视场中波红外光学系统，采用反远距光学构型，实现了(90°×90°，圆视场为127°)的超大视场中波红外光学系统，并且，利用不同热膨胀系数的中波红外光学材料的合理匹配，光学镜筒采用常见的铝合金材质，进行光焦度分配，进行消热化优化设计，实现了被动无热化设计，保证了光学系统在-40℃～+60℃温度范围内，无需调焦，均能够成像清晰。

本发明采用一次成像光学构型，工作波段为3700nm～4800nm，中心波长为4200nm，该光学系统匹配分辨率为640×512的凝视型中波制冷型红外探测器，光学系统的焦距为4.8mm，光学系统总长为63mm。

本发明采用的透镜片数少，共五片透镜，且选用的光机材料常见且种类少(光学材料为锗、硅、硒化锌，镜筒的材料为铝合金)。具有结构紧凑、光学长度短，尺寸小等优点。

本光学系统的发明具有以下几种优点：

(1)实现了在-40℃～+60℃温度范围内被动无热化设计；

(2)透镜使用的光机材料简单、可靠、种类少；

(3)光学系统为一次成像构型，共五片透镜，透镜片数少，结构紧凑、透过率高；

(4)采用反远距光学构型，实现了超大视场条件下的边缘视场与中心视场的照度均匀性；

(5)光学系统保证每个像素的角度分辨率一致。

附图说明

图1为本发明的光学系统光路示意图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

该光学系统采用一次成像光学构型。参见图1，光学系统由按光路走向依次同轴的第一透镜(材料：锗)、第二透镜(材料：锗)、第三透镜(材料：锗)、第四透镜(材料：硅)和第五透镜(材料：硒化锌)共五片透镜组成。

单第一透镜焦距为-13.2mm、单第二透镜焦距为-99.4mm、单第三透镜焦距为-26.0mm、单第四透镜焦距为50.2mm、单第五透镜焦距为14.0mm。

单第一透镜厚度为3.5mm、单第二透镜厚度为4.0mm、单第三透镜厚度为4.0mm、单第四透镜厚度为2.0mm、单第五透镜厚度为3.9mm。

第一透镜与第二透镜间隔39.5mm、第二透镜与第三透镜间隔5.1mm、第三透镜与第四透镜间隔0.5mm、第三透镜与第四透镜间隔0.5mm。

单第一透镜第一面为非球面、单第二透镜第一面为非球面、单第五透镜第一面为非球面，其余均为球面。

本光学系统使用透镜个数少，共采用五片透镜，采用常用光学材料：锗、硅、硒化锌，镜筒采用铝合金，经过优化设计，实现了超大视场中波红外被动无热化设计，保证了光学系统在-40℃～+60℃温度范围内具有良好的耐受性，此外，本光学系统还具有结构紧凑，尺寸小、可靠性优，透过率等优点。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种无热化超大视场中波红外光学系统，按光路走向依次同轴设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。本发明采用反远距光学构型，实现了(90°×90°，圆视场为127°)的超大视场中波红外光学系统，采用一次成像光学构型，工作波段为3700nm～4800nm，中心波长为4200nm，该光学系统匹配分辨率为640×512的凝视型中波制冷型红外探测器，光学系统的焦距为4.8mm，光学系统总长为63mm。采用的透镜片数少，共五片透镜，且选用的光机材料常见且种类少(光学材料为锗、硅、硒化锌，镜筒的材料为铝合金)。具有结构紧凑、光学长度短，尺寸小等优点。

技术研发人员：赵珩
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所
技术研发日：2018.11.06
技术公布日：2019.03.19