一種大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，涉及一種消熱 差光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外光學(xué)系統(tǒng)的消熱差設(shè)計(jì)是通過(guò)一定的機(jī)械、光學(xué)、電子等技術(shù)使紅外系統(tǒng)在 一個(gè)很大的溫度范圍內(nèi)保持成像質(zhì)量的穩(wěn)定。一般有下面三種，機(jī)械主動(dòng)式、機(jī)械被動(dòng)式、 光學(xué)被動(dòng)式。由于光學(xué)被動(dòng)式消熱差系統(tǒng)具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更適合紅外光學(xué)系統(tǒng)的需 求，因此得到廣泛的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于提供一種大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng) 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，成本低，可靠性高，可實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)角、大相對(duì)孔徑下的高透過(guò)率和低 畸變、消熱差設(shè)計(jì)。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，包含： 若干個(gè)彎月負(fù)透鏡，用于收集廣角光線； 反射式顯微物鏡組，其包含第一反射鏡和第二反射鏡；光線經(jīng)過(guò)彎月負(fù)透鏡出射至第 一反射鏡，所述的第一反射鏡反射光線至第二反射鏡，并通過(guò)第二反射鏡反射至像面。
[0005] 所述的彎月負(fù)透鏡為前組，用于收集光線作用；所述反射式顯微物鏡組為后組，用 于顯微成像。
[0006] 所述的彎月負(fù)透鏡前表面具有衍射面，用于消除色差。
[0007] 所述的反射式顯微物鏡組直接在結(jié)構(gòu)體上生成，且結(jié)構(gòu)體為普通鋁材料，實(shí)現(xiàn)消 熱差。
[0008] 所述的彎月負(fù)透鏡的材料根據(jù)不同使用場(chǎng)景選擇鍺或者硒化鋅材料。
[0009] 所述的光學(xué)系統(tǒng)可根據(jù)透過(guò)率要求不同，選擇不同的透鏡材料，工作波段可拓寬 至 3~16 μ m〇
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.采用負(fù)透鏡以及反射式顯微物鏡組，實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)角、大相對(duì)孔徑下的高透過(guò)率和低 畸變、無(wú)熱化設(shè)計(jì)，可在-40°c~+60°c溫度范圍內(nèi)獲得良好、穩(wěn)定的成像質(zhì)量，成像質(zhì)量接 近衍射極限。
[0011] 2.透過(guò)率高。本系統(tǒng)僅有一片透鏡，其余為反射面，大大增加了系統(tǒng)的透過(guò)率。
[0012] 3.解決了軍用或空間光學(xué)儀器在惡劣溫度環(huán)境下系統(tǒng)性能急劇下降，圖像質(zhì)量惡 化等復(fù)雜問(wèn)題，提高寬波段紅外光學(xué)系統(tǒng)性能，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，成本低，可靠性 尚等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的一種大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)示意圖； 圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中光學(xué)系統(tǒng)在室溫+20Γ的全視場(chǎng)彌散斑圖； 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中光學(xué)系統(tǒng)在室溫+20°C的調(diào)制傳遞函數(shù)； 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中光學(xué)系統(tǒng)在低溫-40°C的調(diào)制傳遞函數(shù)； 圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中光學(xué)系統(tǒng)在高溫+60°C的調(diào)制傳遞函數(shù)； 圖6A為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中光學(xué)系統(tǒng)在全視場(chǎng)內(nèi)的場(chǎng)曲圖； 圖6B為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中光學(xué)系統(tǒng)在全視場(chǎng)內(nèi)的畸變圖； 圖7為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中光學(xué)系統(tǒng)在全視場(chǎng)內(nèi)的相對(duì)照度圖。
[0014] 標(biāo)號(hào)說(shuō)明：L代表彎月負(fù)透鏡、Sl代表彎月負(fù)透鏡前表面、S2代表彎月負(fù)透鏡后表 面、Ml代表第一反射鏡、M2代表第二反射鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下結(jié)合附圖，通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)較佳的具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0016] 如圖1所示，是本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的一種大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式 光學(xué)系統(tǒng)，超常溫，單晶鍺、鋁結(jié)構(gòu)材料結(jié)合使用的最佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)設(shè)計(jì)波段 為14~16 μ m長(zhǎng)波段，全視場(chǎng)角為170°，畸變不大于1%，系統(tǒng)焦距為4. 18mm，F(xiàn)數(shù)為0.86， 系統(tǒng)總長(zhǎng)< 153mm的紅外系統(tǒng)。
[0017] 該光學(xué)系統(tǒng)包含： 一個(gè)彎月負(fù)透鏡L或若干個(gè)彎月負(fù)透鏡組成的彎月負(fù)透鏡組，用于收集廣角光線； 反射式顯微物鏡組，其包含第一反射鏡Ml和第二反射鏡M2 ;光線經(jīng)過(guò)彎月負(fù)透鏡L出 射至第一反射鏡Ml，所述的第一反射鏡Ml反射光線至第二反射鏡M2，并通過(guò)第二反射鏡M2 反射至像面。
[0018] 上述的彎月負(fù)透鏡L為前組，用于收集光線作用；上述反射式顯微物鏡組為后組， 用于顯微成像。
[0019] 上述的彎月負(fù)透鏡L前表面具有衍射面，用于消除色差。
[0020] 上述的反射式顯微物鏡組直接在結(jié)構(gòu)體上生成，且結(jié)構(gòu)體為普通鋁材料，實(shí)現(xiàn)消 熱差。
[0021] 在具體實(shí)施例中，上述的光學(xué)系統(tǒng)可根據(jù)透過(guò)率要求不同，選擇不同的透鏡材料， 工作波段可拓寬至3~16 μπι。
[0022] 各光學(xué)元件的具體參數(shù)如表1所示：
其中，Sl、S2、M1、M2面的非球面高次系數(shù)具體參數(shù)如表2所示： 表2 LlN 丄UO丄丄t)OZ/ Λ 1VJ I·* JA
其中，上述的彎月負(fù)透鏡L的材料根據(jù)不同使用場(chǎng)景選擇鍺或者硒化鋅材料，彎月負(fù) 透鏡的前表面采用衍射面，后表面采用偶次非球面，對(duì)比ZnSe和Ge，為了適合目前的加工 工藝，工作在8~14 μ m波段本實(shí)例將衍射面設(shè)置在鍺材料上。為了提高透過(guò)率，透鏡兩面鍍 理想AR膜。系統(tǒng)鏡筒材料選用膨脹系數(shù)為23. 5 X 10 6的普通鋁材實(shí)現(xiàn)了 -40°C ~+60°C溫 度范圍內(nèi)的消熱差設(shè)計(jì)，成像質(zhì)量接近衍射極限。
[0023] 本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)示意圖，請(qǐng)參見(jiàn)圖2~圖7。
[0024] 綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，且合理利用光學(xué)材料與反射式鏡筒結(jié)構(gòu)材 料，易于加工，并提高了系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了 14~16μπι波段內(nèi)170°視場(chǎng)下的無(wú)熱化設(shè) 計(jì)，并且提高了透過(guò)率。符合現(xiàn)代廣角紅外光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展要求，可以應(yīng)用在航天對(duì)地觀測(cè) 實(shí)踐方案和無(wú)人機(jī)或者一般監(jiān)控中。
[0025] 本發(fā)明未經(jīng)描述的技術(shù)特征可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。盡管本發(fā)明 的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)該被認(rèn)為是對(duì) 本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替 換，例如把透鏡由單片透鏡改成兩片或者多片透鏡，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包含： 若干個(gè)彎月負(fù)透鏡，用于收集廣角光線； 反射式顯微物鏡組，其包含第一反射鏡和第二反射鏡；光線經(jīng)過(guò)彎月負(fù)透鏡出射至第 一反射鏡，所述的第一反射鏡反射光線至第二反射鏡，并通過(guò)第二反射鏡反射至像面。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的彎月負(fù)透鏡為前組，用于收集光線作用；所述反射式顯微物鏡組為后組，用于顯 微成像。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的彎月負(fù)透鏡前表面具有衍射面，用于消除色差。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的反射式顯微物鏡組直接在結(jié)構(gòu)體上生成，且結(jié)構(gòu)體為普通鋁材料，實(shí)現(xiàn)消熱差。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的彎月負(fù)透鏡的材料根據(jù)不同使用場(chǎng)景選擇鍺或者硒化鋅材料。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)， 其特征在于，所述的光學(xué)系統(tǒng)可根據(jù)透過(guò)率要求不同，選擇不同的透鏡材料，工作波段可拓 寬至 3~16 y m。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種大相對(duì)孔徑低畸變廣角長(zhǎng)紅外折反射式光學(xué)系統(tǒng)，包含：若干個(gè)彎月負(fù)透鏡，用于收集廣角光線；反射式顯微物鏡組，其包含第一反射鏡和第二反射鏡；光線經(jīng)過(guò)彎月負(fù)透鏡出射至第一反射鏡，第一反射鏡反射光線至第二反射鏡，并通過(guò)第二反射鏡反射至像面。采用折反射式光學(xué)系統(tǒng)為基本結(jié)構(gòu)，在大相對(duì)孔徑及廣角情況下實(shí)現(xiàn)低畸變和高透過(guò)率。折衍射透鏡在前，反射組件在后，衍射透鏡采用合理材料和衍射環(huán)。本發(fā)明整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工裝調(diào)容易，透過(guò)率高，相對(duì)孔徑大，畸變小。
【IPC分類(lèi)】G02B17/08, G02B27/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105116527
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510619354
【發(fā)明人】仇榮生, 坎金艷, 竇偉
【申請(qǐng)人】上海新躍儀表廠
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月25日