[發明專利]一種大視場光學被動無熱化非制冷紅外光學系統

有效

• 申請號: 202210760808.4
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115128772B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 吳海清;劉士華;談大偉
• 申請（專利權）人: 凱邁（洛陽）測控有限公司
• 主分類號: G02B13/04
• 分類號: G02B13/04;G02B13/18;G02B13/14;G02B1/00;G02B13/06;G01V8/10
• 代理公司: 洛陽公信聯創知識產權代理有限公司 41190
• 代理人: 孫笑飛

本發明涉及一種大視場光學被動無熱化非制冷紅外光學系統，由從物方至像方依次同軸設置的第一彎月形負透鏡、第一彎月形正透鏡、第二彎月形負透鏡、第二彎月形正透鏡、第三彎月形負透鏡組成，采用反遠距結構，在實現大視場的同時減少透鏡數量，縮小系統體積。引入硫系玻璃將使得由于環境溫度變化造成的光學系統離焦量更小，從而在實現無熱化的同時簡化了系統的結構，降低了整體的重量。因此，可在降低成本的同時提高系統的可靠性。本發明還具有大視場和高分辨率的特點，在增大目標搜索范圍的同時，能夠有效提高目標識別能力，適用于安防監控、救災搶險、森林防火等領域。

技術領域

非制冷紅外光學系統領域，具體涉及一種大視場光學被動無熱化非制冷紅外光學系統。

背景技術

隨著紅外夜視技術的快速發展，紅外熱成像受到越來越廣泛的關注，其核心技術紅外探測器的研制已取得長足進展。與制冷型探測器相比，非制冷探測器的探測效率普遍偏低，但隨著非制冷紅外探測器的像元尺寸不斷減小、靈敏度不斷提高，而其價格卻逐步降低；且非制冷紅外探測器具有重量輕、體積小、功耗低、可靠性高、易攜帶等優勢，近年來在工業、農業、國防、醫療、交通、環境保護等諸多領域具有非常廣泛的應用前景。

然而，一般情況下光學材料的折射率隨溫度的變化而變化，這就使透鏡或光學系統的焦距發生變化。紅外光學材料的溫度系數要比普通光學玻璃的數值大得多，例如，鍺單晶dn/dt的典型值約為396×10^-6℃^-1，而K9玻璃的溫度系數值則只有2.8×10^-6℃^-1。因此，在紅外系統中溫度對折射率的影響尤為明顯。隨著環境溫度的變化，折射率、光學透鏡的曲率和厚度、零件間隔等都會發生變化，使紅外光學系統產生熱離焦，導致系統成像質量變差。因此，無熱化紅外光學系統成為高精度紅外光學系統的一個主流發展方向。

光學被動式無熱化設計利用光學材料熱特性之間的差異，通過不同特性材料之間的合理組合以消除溫度的影響，從而獲得無熱效果。這種方式具有機構相對簡單、尺寸小、質量輕、不需供電、系統可靠性好的優點，其綜合效率最高，因此受到了極大的重視。

在安防監控、救災搶險、森林防火等領域中，需要紅外光學系統具有視場大、分辨率高的特點，從而在增大系統的探測搜索范圍的同時，提高對目標的識別能力。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種大視場光學被動無熱化非制冷紅外光學系統，具有結構簡單、尺寸小、大視場高分辨率的特點，系統可靠性好，能夠滿足使用要求。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種大視場光學被動無熱化非制冷紅外光學系統，由從物方至像方依次同軸設置的第一彎月形負透鏡、第一彎月形正透鏡、第二彎月形負透鏡、第二彎月形正透鏡、第三彎月形負透鏡組成，所述的第一彎月形負透鏡、第一彎月形正透鏡、第二彎月形正透鏡、第三彎月形負透鏡均彎向像方設置，第二彎月形負透鏡彎向物方設置。

進一步地，所述的第一彎月形負透鏡所采用的材料為單晶鍺(Ge)，第一彎月形正透鏡所采用的材料為硒化鋅(ZNSE)，第二彎月形負透鏡、第二彎月形正透鏡所采用的材料為硫系玻璃IRG206、第三彎月形負透鏡所采用的材料硒化鋅(ZNSE)。

進一步地，所述的第一彎月形負透鏡滿足以下條件：-30≤f₁/f≤-2.9，其中f為光學系統的焦距、f₁為第一彎月形負透鏡的有效焦距；

所述的第一彎月形正透鏡滿足以下條件：1.7≤f₂/f≤1.9，其中f為光學系統的焦距、f₂為第一彎月形正透鏡的有效焦距；

所述的第二彎月形負透鏡滿足以下條件：-1.8≤f₃/f≤-1.6，其中f為光學系統的焦距、f₃為第二彎月形負透鏡的有效焦距；