大視場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及大視場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)，包括從物方到像方依次同軸設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、孔徑光闌、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和探測器的焦平面，整個光學系統(tǒng)滿足各透鏡的光焦度分配滿足總光焦度要求、總色差系數(shù)要求和不產(chǎn)生溫度離焦要求；僅采用六片透鏡對大視場高分辨率短波紅外光學系統(tǒng)實現(xiàn)光學被動消熱差，引入非球面透鏡組來校正球差和彗差，同時引入三種光學材料，有效的校正了熱差；利用不同材料的熱常量和鏡筒材料的熱膨脹系數(shù)配合，使得溫度變化時透鏡熱常量導致的離焦正好和鏡筒材料的熱膨脹系數(shù)導致的像面移動相一致，從而達到很好的消熱差效果。
【專利說明】大視場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種大視場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 短波紅外成像技術(shù)的發(fā)展，使紅外成像的波段覆蓋了位于長波、中波和短波紅外 的三個大氣窗口。短波紅外焦平面探測器是新型紅外焦平面器件，采用短波紅外焦平面探 測器，可利用夜天光〇. 9?2. 5 μ m波段的所有能量，明顯提高夜視器材的靈敏度和作用距 離。短波紅外成像技術(shù)的發(fā)展填補了從可見光到長波紅外波段之間在短波紅外光譜的空 白，在某些應用中有其獨特的優(yōu)勢。短波紅外光學系統(tǒng)可廣泛應用于軍事領(lǐng)域和民用工程 中，對應用于軍事和特殊環(huán)境要求的民用場合，通常都要求其在寬的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定 的性能，特別在高分辨遙感和軍事偵察方面，由于紅外光學材料的折射率溫度系數(shù)較大，因 此隨著環(huán)境溫度的變化，紅外光學材料的折射率、光學元件的曲率和厚度、零件間隔等都會 發(fā)生變化，使紅外光學系統(tǒng)產(chǎn)生熱離焦，導致系統(tǒng)成像質(zhì)量變差，因此必須考慮環(huán)境溫度對 紅外系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響進行消熱差設(shè)計。
[0003] 紅外光學系統(tǒng)對溫度的固有敏感，為適用不同溫度環(huán)境需求，通常采用機械補償 和光學被動補償方式進行消熱差。其中機械調(diào)焦方式不能滿足結(jié)構(gòu)簡單，成本低要求，機械 補償用來補償溫度變化引起的像面漂移，依賴于光學系統(tǒng)透鏡或透鏡組的軸向移動，并且 調(diào)焦透鏡組的選取不是隨意的，要選取對光學系統(tǒng)成像質(zhì)量較敏感的透鏡組，才能進行調(diào) 焦補償，這樣的調(diào)焦方式具有一定的局限性，對于敏感度較低的光學系統(tǒng)，不能夠很好的補 償因環(huán)境溫度變化引起的像面漂移，光學系統(tǒng)成像質(zhì)量變差。或者調(diào)焦范圍很長造成整個 系統(tǒng)復雜，調(diào)焦電機控制，調(diào)焦記憶，自動調(diào)焦等復雜化，系統(tǒng)可靠性降低。目前的短波光學 系統(tǒng)設(shè)計波段都在〇. 9?1. 7 μ m，采用的是玻璃材料，一些紅外晶體材料如硅、鍺等在該光 譜范圍內(nèi)不能透射。在該光譜范圍內(nèi)能夠使用的材料主要有氟系材料如氟化鈣、氟化鋰、氟 化鋇以及硒化鋅、硫化鋅等材料。材料選擇范圍比較小，色差比較難于校正。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種有效降低環(huán)境溫度對紅外系統(tǒng)成像質(zhì)量的影像的大視 場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的大視場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)技術(shù)方案如下： 包括從物方到像方依次同軸設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、孔徑光闌、第四透鏡、第 五透鏡、第六透鏡和探測器的焦平面，整個光學系統(tǒng)滿足以下三個公式要求：

【權(quán)利要求】
1. 大視場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)，其特征在于，包括從物方到像方依次同軸設(shè) 置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、孔徑光闌、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和探測器的 焦平面，整個光學系統(tǒng)滿足以下三個公式要求： 各透鏡的光焦度分配滿足總光焦度要求：
為第i個透鏡的光焦 度，比為近軸光線在透鏡上的入射高度，-為系統(tǒng)的總光焦度； 總色差系數(shù)要求：
其中A為第i個透鏡的色差系數(shù)，k 表示透鏡總數(shù)， 不產(chǎn)生溫度離焦要求
Ti為第i個透鏡的熱差系數(shù)， cn為鏡筒材料的線膨脹系數(shù)，L為鏡筒結(jié)構(gòu)的總長度，X t(rtal為總離焦量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)，其特征在于：所述六 個透鏡的光焦度依次為正、負、正、負、正、負，第一透鏡為雙凹透鏡，第二、五、六透鏡的前表 面均為非球面，其它透鏡表面均為球面；第三透鏡彎向像方，第五透鏡彎向物方。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)，其特征在于：各透鏡 均采用紅外晶體材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大視場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)，其特征在于：所述第 一、五透鏡的材料為硒化鋅，第二、六透鏡的材料為硫化鋅，第三、四透鏡的材料為氟化鋇。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)，其特征在于：所述探 測器為短波紅外非制冷探測器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的大視場被動消熱差短波紅外光學系統(tǒng)，其特征在 于，紅外光學系統(tǒng)工作波段為0. 9?2. 5 μ m，F(xiàn)/#為1. 4,整個光學系統(tǒng)長度為70mm，系統(tǒng)的 焦距為24. 7mm。
【文檔編號】G02B13/14GK104297899SQ201310628782
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】劉環(huán)宇, 潘曉東, 常勇 申請人:中國航空工業(yè)集團公司洛陽電光設(shè)備研究所