[實用新型]一種長波長焦非制冷無熱化紅外光學系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020563251.8
• 申請日: 2010-10-16
• 公開（公告）號: CN201859256U
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發(fā)明（設計）人: 王希軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團公司洛陽電光設備研究所
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B1/02;G02B7/02;G02B3/08;G02B3/02
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種長波長焦非制冷無熱化紅外光學系統(tǒng)，屬于光學技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

大多數(shù)機載軍用光學儀器的工作環(huán)境溫度變化范圍比較大，溫度變化時會引起光學元件的曲率、厚度、折射率發(fā)生變化，由于紅外光學材料的折射率溫度系數(shù)比可見光材料大一個或兩個數(shù)量級，因此環(huán)境溫度變化對紅外光學系統(tǒng)的影響顯得尤為嚴重，所以必須在紅外成像系統(tǒng)中加入主動或被動補償機構(gòu)，以補償溫度變化造成像面移動所引起的系統(tǒng)性能降低。這樣的設計使光機結(jié)構(gòu)復雜，調(diào)焦速度受到機構(gòu)的限制，不適合需要在高低溫環(huán)境下快速調(diào)焦的情況。

國內(nèi)外目前的溫度補償?shù)姆椒蓺w納為主動式、被動式和混合式三大類；主動式采用手動、機電等方式對補償機構(gòu)進行調(diào)節(jié)；被動式則利用機電或光學等方式實現(xiàn)像面離焦的自動補償；混合式則在被動式的基礎(chǔ)上輔助以主動調(diào)節(jié)裝置，使系統(tǒng)離焦得到更好的補償。其中光學被動補償方式由于其結(jié)構(gòu)相對簡單、尺寸小重量輕、系統(tǒng)可靠性高等特點，受到極大的重視。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種長波長焦非制冷無熱化紅外光學系統(tǒng)，以簡化光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、減輕重量、縮小系統(tǒng)體積，改善光學系統(tǒng)的成像質(zhì)量。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的一種長波長焦非制冷無熱化紅外光學系統(tǒng)包括沿光入射方向依次同軸設置的孔徑光闌、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡，其中第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡組成會聚組，用于校正初級象差，上述透鏡采用正負負正的對稱結(jié)構(gòu)，所述第二透鏡的第一面采用旋轉(zhuǎn)對稱的衍射面,上述四透鏡光學元件和結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹系數(shù)以及透鏡間隔、曲率半徑滿足公式????????????????????????????????????????????????，其中為光學元件的總面數(shù)；為光學元件的光焦度；為近軸光線在光學元件上的入射高度；為光學元件的光熱膨脹系數(shù)；為光學系統(tǒng)外部結(jié)構(gòu)的線膨脹系數(shù)；為鏡筒的長度。

進一步的，所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡的光學鏡筒與透鏡壓圈均采用鋁合金材料制作。

進一步的，所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡的材料分別為硒化鋅、單晶鍺、硫化鋅、單晶鍺。

進一步的，所述第二透鏡衍射元件的熱膨脹滿足，與基底材料的折射率無關(guān)，其中為衍射元件的熱膨脹系數(shù)；為基底材料的線膨脹系數(shù)。

????進一步的，所述第二透鏡的衍射面采用衍射級次為+1級，衍射面的系數(shù)分別為：C1=-3.4287E-05，C2=5.7522E-10，C3=-4.6684E-14，C4=??8.6917E-19，C5?=4.6471E-23。

進一步的，所述第四透鏡的第一面采用旋轉(zhuǎn)對稱的非球面。?

本實用新型的一種長波長焦非制冷無熱化紅外光學系統(tǒng)采用硒化鋅、單晶鍺、硫化鋅、單晶鍺材料透鏡的間隔排布，消除基本象差和色差；采用孔徑光闌前置，使入瞳和孔徑光闌重合，壓縮系統(tǒng)的體積；在第二透鏡上采用衍射面，進一步消除寬溫范圍內(nèi)的熱差，本實用新型在寬廣溫度范圍內(nèi)-40℃~+60℃成像質(zhì)量較高，中心視場25lp/mm處MTF值不小于0.55，邊緣視場，25lp/mm處MTF值不小于0.4；全視場的畸變較小，小于0.5%；而且系統(tǒng)體積緊湊，口徑較小。利用多種光學材料不同的溫度特性和線性膨脹系數(shù)，同時和鏡筒材料配合，實現(xiàn)對環(huán)境溫度變化的自適應，實現(xiàn)無熱化功能，可有效的簡化光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減輕重量、縮小系統(tǒng)體積，實現(xiàn)快速的熱差消除，改善光學系統(tǒng)的成像質(zhì)量，適合使用溫環(huán)境高低溫轉(zhuǎn)換頻繁，無法使用調(diào)焦機構(gòu)，需要快速消除系統(tǒng)熱差的環(huán)境中。

在第四透鏡上采用非球面，提高了系統(tǒng)的像質(zhì)。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的光學系統(tǒng)圖；

圖2是各視場的光線追跡圖；

圖3是-40℃均勻溫度環(huán)境下的該系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF評價；

圖4是20℃均勻溫度環(huán)境下該系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF評價；

圖5是60℃均勻溫度環(huán)境下該系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF評價。

具體實施方式