小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统的制作方法

本发明涉及红外光学系统设计领域，尤其涉及适用于高分辨率中波制冷探测器的小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统。

背景技术：

1、红外热像仪不受雾、雨等不良气候条件的影响，可全天候工作，采用被动工作模式，抗干扰能力强，在军事和民用领域都有较大的发展。制冷型红外系统具有非制冷型红外系统不可比拟的优势，主要体现在作用距离和成像效果上，大视场能观察到更多的景物，减小盲区存在，因此，大视场小尺寸的制冷热像仪，在要求较高的使用场景，如军事和航天领域，应用广泛。

2、随着温度的变化，光学系统的参数（r、d、n）会发生改变而产生离焦，像质下降明显。目前常用的无热化设计方法主要包括机电主动补偿法、机械被动补偿法、光学被动补偿法，其中光学被动补偿法没有任何机械运动结构，是实现无热化较理想的方法。但是现有的使用光学被动补偿法的系统比较复杂且尺寸较大。

技术实现思路

1、本发明主要目的是提供一种小型化折转式大视场中波无热化光学系统，具有小尺寸、大视场、无热化、高分辨率等特点，全温段范围具有良好的成像质量。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、本发明提供一种小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统，从物方到像方依次包括透镜一、透镜二、透镜三、反射镜、透镜四和透镜五；其中，透镜一、透镜二、透镜三共光轴，透镜四和透镜五共光轴，物方成像光束依次经过透镜一、透镜二、透镜三后再经反射镜反射到透镜四，最后经透镜五后成像在探测器上；

4、透镜一、透镜二组合为负光焦度，透镜三、透镜四和透镜五组合为正光焦度，整体组合为反摄远结构；

5、整个光学系统的镜头焦距小于12mm，视场大于65°×52°。

6、接上述技术方案，光线入射方向为物方，光线出射方向为像方，透镜一为一片凸面向物方的弯月形硅负透镜；透镜二为一片凸面向物方的弯月形非球面衍射面锗负透镜；透镜三为一片凸面向像方的弯月形非球面硒化锌正透镜；反射镜为k9材料平面反射镜，透镜四为一片凸面向像方的弯月形非球面锗正透镜；透镜五为一片双凸硅负透镜。

7、接上述技术方案，透镜一的凸面半径和凹面半径分别为22.08 mm、15.453 mm；透镜二的凸面半径和凹面半径分别为125.89 mm、46.349 mm；透镜三的凹面半径和凸面半径分别为70.79 mm、29.7 mm；透镜四的凹面半径和凸面半径分别为68.446 mm、188.8 mm；透镜五的两个凸面半径分别为118.58 mm、56.89 mm。

8、接上述技术方案，整个光学系统的镜头焦距为11mm。

9、接上述技术方案，整个光学系统的镜头的f数为2。

10、接上述技术方案，整个光学系统的尺寸小于77 mm×64mm。

11、本发明还提供一种高分辨率大靶面中波制冷探测器，其用于感知上述技术方案所述的小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统的出射光。

12、接上述技术方案，其分辨率为1280×1024。

13、接上述技术方案，其像元大小为10μm×10μm。

14、本发明产生的有益效果是：本发明的小型高分辨率无热化中波红外光学系统采用折转光路的形式有效的缩小了光学系统尺寸，同时具有较大的视场，有效减小了观察盲区的存在；采用一次成像折转的结构形式，极大简化了系统，可以减少光学系统的透镜片数，进而减轻系统重量，提高系统透过率，光机结构紧凑。

15、进一步地，使用一片基于锗基底的衍射元件，利用锗衍射透镜与普通锗透镜热差相反的性质，对热差和色差进行良好的校正，极大的简化系统，减少光学系统的透镜数量，提高系统透过率；

16、进一步地，系统f数较小，可以使更多能量进入探测器，提升作用距离。

17、进一步地，通过控制探测器经过透镜各个面反射后最终成像在探测器靶面上的rms值大小，不会出现鬼像。

18、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统，其特征在于，从物方到像方依次包括透镜一、透镜二、透镜三、反射镜、透镜四和透镜五；其中，透镜一、透镜二、透镜三共光轴，透镜四和透镜五共光轴，物方成像光束依次经过透镜一、透镜二、透镜三后再经反射镜反射到透镜四，最后经透镜五后成像在探测器上；

2.根据权利要求1所述的小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统，其特征在于，光线入射方向为物方，光线出射方向为像方，透镜一为一片凸面向物方的弯月形硅负透镜；透镜二为一片凸面向物方的弯月形非球面衍射面锗负透镜；透镜三为一片凸面向像方的弯月形非球面硒化锌正透镜；反射镜为k9材料平面反射镜，透镜四为一片凸面向像方的弯月形非球面锗正透镜；透镜五为一片双凸硅负透镜。

3.根据权利要求1所述的小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统，其特征在于，透镜一的凸面半径和凹面半径分别为22.08 mm、15.453 mm；透镜二的凸面半径和凹面半径分别为125.89 mm、46.349 mm；透镜三的凹面半径和凸面半径分别为70.79 mm、29.7 mm；透镜四的凹面半径和凸面半径分别为68.446 mm、188.8 mm；透镜五的两个凸面半径分别为118.58 mm、56.89 mm。

4.根据权利要求1所述的小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统，其特征在于，整个光学系统的镜头焦距为11mm。

5.根据权利要求1所述的小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统，其特征在于，整个光学系统的镜头的f数为2。

6.根据权利要求1所述的小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统，其特征在于，整个光学系统的尺寸小于77 mm×64mm。

7.一种高分辨率大靶面中波制冷探测器，其特征在于，其用于感知权利要求1-6中任一项所述的小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统的出射光。

8.根据权利要求7所述的高分辨率大靶面中波制冷探测器，其特征在于，其分辨率为1280×1024。

9.根据权利要求7所述的高分辨率大靶面中波制冷探测器，其特征在于，其像元大小为10μm×10μm。

技术总结
本发明公开了一种小型化折转式大视场无热化中波红外光学系统，从物方到像方依次包括透镜一、透镜二、透镜三、反射镜、透镜四和透镜五；其中，透镜一、透镜二、透镜三共光轴，透镜四和透镜五共光轴，物方成像光束依次经过透镜一、透镜二、透镜三后再经反射镜反射到透镜四，最后经透镜五后成像在探测器上；透镜一、透镜二组合为负光焦度，透镜三、透镜四和透镜五组合为正光焦度，整体组合为反摄远结构；整个光学系统的镜头焦距小于12mm，视场大于65°×52°。本发明具有紧凑、小体积、大视场、无热化和高分辨率等特点，全温段范围具有良好的成像质量。

技术研发人员：朱广亮,吴耀,熊涛,黄龙凯,彭章贤,柴炎
受保护的技术使用者：湖北久之洋红外系统股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12