[實用新型]大相對孔徑制冷型紅外光學鏡頭

有效

• 申請號: 201621120185.0
• 申請日: 2016-10-13
• 公開（公告）號: CN206282022U
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 王躍明;王建宇;舒嶸;袁立銀;王晟瑋;何道剛;郁亞男
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G02B13/14
• 分類號: G02B13/14;G02B1/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本專利涉及一種大相對孔徑(F數不大于1.0)紅外光學鏡頭，具體涉及一種可與制冷型探測器組件冷屏匹配的F數不大于1.0的紅外光學鏡頭。

背景技術

紅外光學鏡頭的F數決定了紅外系統的能量收集能力，從而成為影響系統探測靈敏度的關鍵因素之一。F數同時決定了系統的極限分辨能力，即衍射限。

紅外探測系統根據探測器類型可以分為制冷型和非制冷型。非制冷型紅外光學鏡頭由于不需要考慮冷屏匹配，F數一般都能設計到1.0，特殊設計甚至能到0.8左右。制冷型紅外光學鏡頭由于需要將出瞳與探測器組件的杜瓦冷屏進行匹配，限制了光學優化參數，F數通常只能做到2.0。在視場比較小的時候，經過特殊設計，F數也能夠達到1.5。

為了提高紅外系統的圖像解析度，紅外探測器的像元尺寸逐步縮小是一個技術趨勢。在像元尺寸減小的情況下，減小系統的F數是確保探測靈敏度、響應速度、圖像清晰度等指標不降低或有所提高的一個重要手段。

《紅外技術》2015年第2期(37卷)公開了一種《大相對孔徑制冷型紅外相機鏡頭的光學設計》，F數為1.5，該設計光學結構較長，并且殘余幾何像差較大。

本專利提出的紅外光學鏡頭的F數可以達到1.0甚至更小，可滿足像元尺寸15μm，甚至更小像元尺寸的紅外光學系統應用，可以應用于對性能要求比較高的領域。

發明內容

本專利的目的在于提供一種F數不大于1.0的大相對孔徑紅外光學鏡頭，并且鏡頭的光闌與制冷型探測器組件冷屏能夠良好匹配，以滿足部分特殊領域對溫度靈敏度、響應速度等性能指標的更高要求，本發明還為小像素紅外探測器的應用提供了一種解決方案。

本專利所采用的技術方案是：一種透射式大相對孔徑紅外成像光路，參見圖1，系統光路包括第一常溫紅外透鏡1，第二常溫紅外透鏡2，紅外窗口3，低溫冷屏4，低溫透鏡5，探測器光敏面6，低溫杜瓦腔體7，其中：

所述的第一常溫紅外透鏡1為鍺透鏡。

所述的第二常溫紅外透鏡2為硫化鋅透鏡。

所述的紅外窗口3為鍺窗口。

所述的低溫紅外透鏡5為鍺透鏡。

來自物方的成像光束依次經過第一常溫紅外透鏡1，第二常溫紅外透鏡2，紅外窗口3，低溫冷屏4，低溫紅外透鏡5，最后成像于探測器光敏面6；系統的相對孔徑數F不大于1；

所述的低溫紅外透鏡5和低溫冷屏4均置于低溫杜瓦腔體7之內，且低溫冷屏4的開口與大相對孔徑紅外成像光路的光闌相匹配，實現雜散輻射的良好抑制。

本專利的優點是：

光路結構緊湊，可實現大相對孔徑(F數不大于1.0)紅外成像，更好地滿足制冷型探測器高靈敏度紅外探測需求。

附圖說明

圖1為大相對孔徑制冷型紅外鏡頭光路結構圖。其中：

1——常溫紅外透鏡1；

2——常溫紅外透鏡2；

3——紅外窗口3；

4——低溫冷屏4；

5——低溫透鏡5；

6——探測器光敏面6；

7——杜瓦腔體7。

圖2為焦距30mmF#1.0大相對孔徑長波紅外鏡頭光學設計圖。

圖3為焦距30mmF#1.0大相對孔徑長波紅外鏡頭調制傳遞函數。

圖4為焦距30mmF#0.9大相對孔徑長波紅外鏡頭光學設計圖。

圖5為焦距30mmF#0.9大相對孔徑長波紅外鏡頭調制傳遞函數。

具體實施方式

根據上述技術方案，設計了一套大相對孔徑長波紅外鏡頭。

具體光學參數包括：F#＝1.0，工作波段為8.0μm-12.5μm，口徑30mm，焦距30mm，視場角±7.5°，光學結構如圖2所示。

大相對孔徑長波紅外鏡頭鏡片參數如下表：