[發明專利]一種工作于14～16μm波段的紅外連續變焦系統

有效

• 申請號: 202110069253.4
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112731640B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 許求真;高良;吳駿原;陸貴兵
• 申請（專利權）人: 昆明云鍺高新技術有限公司
• 主分類號: G02B15/173
• 分類號: G02B15/173
• 代理公司: 昆明祥和知識產權代理有限公司 53114
• 代理人: 董昆生

本發明屬于特殊紅外長波波段連續變焦光學技術領域，具體公開一種工作于14～16μm波段的紅外連續變焦系統，包括沿光軸從物方到像方依次設置的前固定組、變倍組、補償組、后固定組、平場鏡、氣室前封窗、氣室后封窗和濾光片，變倍組沿光軸移動實現連續變焦，補償組沿光軸移動實現變焦補償，所述前固定組、變倍組、后固定組、氣室前封窗和氣室后封窗的材料為ZnSe，所述補償組和濾光片的材料為Ge，從系統材料構成來看，除了補償組3為了色差校正是材料Ge外，其余鏡片全部是ZnSe，保證了在14～16μm工作波段內有盡可能高的能量透過性能，且系統并沒有增加鏡片數。

技術領域

本發明屬于特殊紅外長波波段連續變焦光學技術領域，具體涉及一種工作于14～16μm波段的紅外連續變焦系統。

背景技術

通過差分成像、分子濾光等方式 測量機動車和船舶尾氣中污染物的成分，長波紅外鏡頭用于直接獲取船舶尾氣中CO₂的成分，CO₂氣體在14-16um附近有較強的輻射譜，而CO₂分子在這個波段范圍的輻射強度與其濃度直接相關。這個波段范圍的CO₂氣體成像，可通過一定濾波手段，保證獲取圖像信號與CO₂輻射譜基本吻合，這樣測量出來信號強度可以認為是基本與CO₂濃度相關，該技術實質是CO₂探測的可視化技術。

國內外有相關的CO檢測技術的報道，CO檢測技術工作于中波，而CO₂探測未見報道。其難點在于工作波段14～16μm的特殊性，大部分常用的紅外材料在14～16μm已有嚴重的吸收甚至失透，甄選在工作光譜內有良好透過性能的材料成為了系統設計的首要任務。

在常規的8～12μm長波波段，Ge是最主要的材料，大部分情況下系統由Ge一種材料構成，但Ge在12μm以后開始產生顯著吸收，已不能作為主要材料，只能非常有限度地使用以平衡矯正色差。ZnSe在14μm以后吸收小，在14～16μm具有良好的光學透射性能，從可得性、價格、加工性等方面綜合來看，ZnSe是14～16μm波段材料的最佳選擇，替代Ge成為設計最主要的光學材料。但是，ZnSe的折光率（折射率-1）不足Ge的一半，色散大，像差矯正遇到極大困難，在限定材料的約束下，通常需要復雜化增加鏡片數才能達到相同參數實現工作波段上的變焦功能。ZnSe代替Ge成為設計的主要材料，且不增加系統的鏡片數，成為設計的難點。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種紅外連續變焦系統，這種紅外變焦系統在14～16μm工作波段內有盡可能高的能量透過性能。

為實現以上目的，本發明提供以下技術方案：

一種工作于14～16μm波段的紅外連續變焦系統，包括沿光軸從物方到像方依次設置的前固定組、變倍組、補償組、后固定組、平場鏡、氣室前封窗、氣室后封窗和濾光片，變倍組沿光軸移動實現連續變焦，補償組沿光軸移動實現變焦補償，所述前固定組、變倍組、后固定組、氣室前封窗和氣室后封窗的材料為ZnSe，所述補償組和濾光片的材料為Ge。

優選的，材料為Ge的補償組中心厚度為8.5mm，ZnSe鏡片總的中心厚度為42mm。

優選的，所述前固定組是凸面朝向物側的單片彎月形正透鏡，變倍組是單片雙凹形負透鏡，補償組是單片雙凸形正透鏡，后固定組是凸面朝向像側的單片彎月形負透鏡，平場鏡是的凸面朝向物側的單片彎月形正透鏡，氣室前封窗、氣室后封窗和濾光片為平片。

優選的，系統包括五個非球面，無衍射面，變倍組靠近像方的表面為非球面；補償組其靠近物方的表面為非球面，靠近像方的表面為非球面；后固定組靠近物方的表面為非球面，平場鏡靠近物方的表面為非球面。

優選的，所述濾光片為窄帶濾光片。