[實用新型]一種大口徑長波紅外的光學系統

有效

• 申請號: 201921344928.6
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN210427925U
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 鄭昌盛
• 申請（專利權）人: 成都浩孚科技有限公司
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00;G02B13/14;G02B1/00
• 代理公司: 成都創新引擎知識產權代理有限公司 51249
• 代理人: 向群

本實用新型屬于長波紅外波段的光學設計領域，尤其涉及一種大口徑長波紅外的光學系統，從物面到焦面依次設有第一正彎月透鏡、第一負彎月透鏡、第二正彎月透鏡、第二負彎月透鏡、第三正彎月透鏡和負透鏡；第一正彎月透鏡采用鍺透鏡為首鏡，相對于硫系玻璃，具有優良的理化性能，能夠制作更大的口徑的光學系統；采用鍺、硫系玻璃和砷化鎵透鏡的搭配，實現大口徑長焦距約束下的消熱差，光學系統在?40℃～60℃范圍內保持良好的成像質量。

技術領域

本實用新型屬于長波紅外波段的光學設計領域，尤其涉及一種大口徑長波紅外的光學系統。

背景技術

長波紅外光學成像設備經常在較大溫度范圍內使用時，鏡筒材料、光學材料的熱脹冷縮以及光學材料的溫度折射率系數會使鏡頭光焦度發生變化，產生離焦現象，使成像質量嚴重下降。長波紅外光學系統的消熱差設計是通過一定的機械、光學及電子等技術，使紅外光學系統在一個變化范圍較大的溫度區間內保持成像質量的穩定，避免在使用過程中對光學系統進行主動調焦。目前的消熱差方式主要有：機電主動式、機械被動式和光學被動式。光學被動式通過合理分配光焦度和光學材料，實現焦面位置與鏡筒長度變化的匹配，從而在規定溫度范圍內保證鏡頭的成像質量。

當前設計的長波非制冷消熱差光學系統，大量采用折射率溫度系數較低，色散性能較好的硫系玻璃作為透鏡材料，尤其是在口徑最大的透鏡上采用硫系玻璃材料消熱差和色差性能較為顯著。但是硫系玻璃光學均勻性、應力雙折射等性能不穩定，用作大口徑透鏡材料時容易導致光學系統的成像質量變差。同時其理化性能較差，在大口徑透鏡上加工非球面和鍍膜難度大。

在中國專利CN103995344B中公布了一種透射式非制冷長波紅外光學系統，采用硒化鋅作為第一透鏡材料，系統口徑僅為65mm，如果口徑變大則材料價格急劇上升。

在中國專利CN109116526A中公開了一種長波紅外大孔徑大通光量光學無熱化鏡頭及其成像方法，該光學鏡頭雖然利用材料的搭配實現了較大的口徑下的無熱化，但其口徑僅100mm，但由于其口徑最大的第一片光學材料采用硫系玻璃，而硫系玻璃是一種微晶化玻璃材料，其光學均勻性、應力雙折射和條紋度等性能不穩定，用于大口徑透鏡上易導致系統成像質量降低；其理化性能不足也使得膜層鍍制較為困難。

以上介紹的現有長波紅外消熱差光學系統，增大光學系統口徑會遇到大口徑光學材料較為昂貴或者性能不穩定等現象，需要新的思路來解決上述問題。

實用新型內容

本實用新型為了解決上述技術問題提供一種大口徑長波紅外的光學系統，其結構簡單，適用于長波紅外波段的大口徑小F#的無熱化光學設計，其口徑高達160mm。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：一種大口徑長波紅外的光學系統，從物面到焦面依次設有第一正彎月透鏡、第一負彎月透鏡、第二正彎月透鏡、第二負彎月透鏡、第三正彎月透鏡和負透鏡，所述第一正彎月透鏡由鍺制成，所述第一負彎月透鏡由鍺制成，所述第二正彎月透鏡由硫系玻璃制成，所述第二負彎月透鏡由砷化鎵制成，所述第三正彎月透鏡由硫系玻璃制成，所述負透鏡由鍺制成。

所述第一正彎月透鏡為球面的鍺材料，所述第一負彎月透鏡靠近物面一側的鏡面形為非球面，該光學系統還包括鏡筒，所述鏡筒由鋁合金或鈦合金制成。

本實用新型光學系統工作于8μm～12μm的長波紅外波段，其焦距為 200mm，相對口徑F#為1.2，所述光學系統在-40℃～60℃內消熱差，具有良好的成像質量。

本實用新型的技術效果在于，提供了一種結構簡單適用于長波紅外波段的光學系統。本實用新型采用了鋁合金或鈦合金制成的鏡筒，僅采用了光學材料的合理選擇與分配，完成了光學被動消熱差，降低了光學系統結構的成本，在溫度變化范圍較大區域中其可靠性強。本實用新型并沒有采用二元光學來消系統熱差和色差，從而避免了光學系統衍射效率不足以及加工難度高的缺點。