一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统的制作方法

1.本发明属于红外成像技术领域，特别是一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统。


背景技术：

2.随着红外成像技术的发展，红外成像光学系统越来越多地应用于军民领域。随着红外光学系统的应用越来越多，对红外成像系统的要求也越来越高。
3.远距离目标的探测、识别要求红外系统具有更高的分辨率，包括空间分辨率与能量分辨率。红外系统的相对孔径(f数的倒数)很大程度上决定了系统的能量收集能力，相对孔径越大，光学系统获取的能力越多，能量分辨率越高。
4.对于非制冷探测器，因为不需要考虑冷光阑匹配问题，相对孔径可以左到很大，一般高于为1/1.2，但是非制冷探测器的响应灵敏度远不如制冷型探测器，因此对于远距离目标成像，一般以制冷型探测器为主。
5.制冷型探测器常用相对孔径为1/2，1/4，1/5.5，也可根据客户需求定制探测器。
6.从空间分辨率考虑，探测器像元尺寸越小、光学系统焦距越长，空间分辨率越高。当探测器像元尺寸一定时(常规为15um、30um)，光学系统焦距越长，空间分辨率越高。
7.随着焦距的增加，视场角会减小，不利于获取目标周围信息。当焦距、探测器像元尺寸一定时，提升探测器像素数有利于得到更大的视场角。
8.从设计的角度考虑，对于长焦距光学系统，增大相对孔径以及提高探测器像素要求，光学系统设计难度将会大幅增加。
9.目前中波制冷探测器已升级到1280*1024高清探测器，因此，一种适配于 1280*1024高清探测器、长焦距大相对孔径中波红外制冷光学系统是非常必要的。


技术实现要素：

10.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种长焦距、大相对孔径高清成像的中波红外制冷光学系统，解决了远作用距离需求下、大相对孔径高清成像问题。
11.本发明的技术解决方案是：
12.一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，包括：主镜、次镜、缩束透镜、汇聚透镜组和中继镜组；
13.主镜中心开有通孔；
14.次镜、缩束透镜、汇聚透镜组和中继镜组沿轴线依次设置；
15.光束经次镜反射后在主镜的后方呈完善像点；
16.所述主镜与次镜均为双曲面，构成rc光学系统；
17.缩束透镜的焦点与rc光学系统的焦点重合；
18.光线经过缩束透镜之后，形成平行光束入射到汇聚透镜组上；
19.汇聚透镜组用于对目标进行一次成像，获得一次像；
20.中继镜组用于将一次像成像到探测器的焦平面上。
21.可选地，焦距大于700mm。
22.可选地，所述汇聚透镜组包括：第一汇聚透镜与第二汇聚透镜。
23.可选地，第一汇聚透镜与第二汇聚透镜的材料分别为硅和锗。
24.可选地，所述中继镜组包括：第一中继透镜和第二中继透镜。
25.可选地，第一中继透镜和第二中继透镜的材料均为硅。
26.缩束透镜和汇聚透镜组之间还设置有用于多光谱分光的分光镜。
27.可选地，缩束透镜和汇聚透镜组之间还设置有用于长作用距离反射镜稳像的快速反射镜。
28.可选地，缩束透镜的材料为硒化锌。
29.本发明与现有技术相比的优点在于：
30.1)本发明长焦距大相对孔径高清成像，作用距离远、能量充足、视场角大；
31.2)本发明一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统光路简单，透过率高：光路由两片反射镜、五片透镜组成，透过率达85％以上；
32.3)本发明一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统拓展性强：在缩束透镜之后引入平行光路，可根据需求放置分光镜、快速反射镜，实现多光谱成像与远距离反射镜稳像；
33.4)本发明一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统是一种模块化设计系统，光学系统可兼容多款1280*1024高清探测器。
附图说明
34.图1为本发明光路结构图；
35.图2为传递函数图；
36.图3为光学系统点列图。
具体实施方式
37.如图1所示，本发明一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，包括：主镜1、次镜2、缩束透镜3、汇聚透镜组4和中继镜组5。主镜1中心开有通孔；次镜2、缩束透镜3、汇聚透镜组4和中继镜组5沿轴线依次设置；光束经次镜2反射后在主镜1的后方呈完善像点；所述主镜1与次镜2均为双曲面，构成rc光学系统；缩束透镜3的焦点与rc光学系统的焦点重合；光线经过缩束透镜3之后，形成平行光束入射到汇聚透镜组4上；汇聚透镜组4 用于对目标进行一次成像，获得一次像；在中继镜组5光路之后设有1280*1024 中波红外制冷探测器，实现中波红外高清成像。中继镜组5用于将一次像成像到探测器的焦平面上。
38.一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统的焦距大于700mm。
39.所述汇聚透镜组4包括：第一汇聚透镜与第二汇聚透镜。第一汇聚透镜与第二汇聚透镜的材料分别为硅和锗。
40.所述中继镜组5包括：第一中继透镜和第二中继透镜。第一中继透镜和第二中继透镜的材料均为硅。
41.缩束透镜3和汇聚透镜组4之间还设置有用于多光谱分光的分光镜。缩束透镜3和
汇聚透镜组4之间还设置有用于长作用距离反射镜稳像的快速反射镜。缩束透镜3的材料为硒化锌。有效压缩了经次镜2反射后到达主镜1位置的光束口径，达到减小次镜2遮拦比的目的。
42.实施例
43.光学系统参数如下：
44.焦距：750mm；
45.f/#:3.4或以上；
46.波长：3-5um；
47.适配探测器：1280*1024/15um，1280*1024/12um，1280*1024/10um以及1280*1024/7.5um。
48.图2为焦距750mmf#3.4中波红外制冷光学系统调制传递函数图 @67lp/mm。传函接近衍射极限，像质良好。
49.图3为焦距750mmf#3.4高清中波红外制冷光学系统点列图。弥散斑尺寸小，像质良好。
50.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
51.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。


技术特征：
1.一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，其特征在于，包括：主镜(1)、次镜(2)、缩束透镜(3)、汇聚透镜组(4)和中继镜组(5)；主镜(1)中心开有通孔；次镜(2)、缩束透镜(3)、汇聚透镜组(4)和中继镜组(5)沿轴线依次设置；光束经次镜(2)反射后在主镜(1)的后方呈完善像点；所述主镜(1)与次镜(2)均为双曲面，构成rc光学系统；缩束透镜(3)的焦点与rc光学系统的焦点重合；光线经过缩束透镜(3)之后，形成平行光束入射到汇聚透镜组(4)上；汇聚透镜组(4)用于对目标进行一次成像，获得一次像；中继镜组(5)用于将一次像成像到探测器的焦平面上。2.根据权利要求1所述的一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，其特征在于：焦距大于700mm。3.根据权利要求2所述的一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，其特征在于，所述汇聚透镜组(4)包括：第一汇聚透镜与第二汇聚透镜。4.根据权利要求3所述的一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，其特征在于，第一汇聚透镜与第二汇聚透镜的材料分别为硅和锗。5.根据权利要求4所述的一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，其特征在于，所述中继镜组(5)包括：第一中继透镜和第二中继透镜。6.根据权利要求5所述的一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，其特征在于：第一中继透镜和第二中继透镜的材料均为硅。7.根据权利要求1～6任意一项所述的一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，其特征在于：缩束透镜(3)和汇聚透镜组(4)之间还设置有用于多光谱分光的分光镜。8.根据权利要求1～6任意一项所述的一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，其特征在于：缩束透镜(3)和汇聚透镜组(4)之间还设置有用于长作用距离反射镜稳像的快速反射镜。9.根据权利要求8所述的一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，其特征在于，缩束透镜(3)的材料为硒化锌。

技术总结
一种长焦距大相对孔径高清中波红外制冷光学系统，包括：主镜、次镜、缩束透镜、汇聚透镜组和中继镜组。主镜中心开有通孔；次镜、缩束透镜、汇聚透镜组和中继镜组沿轴线依次设置；光束经次镜反射后在主镜的后方呈完善像点；所述主镜与次镜均为双曲面，构成RC光学系统；缩束透镜的焦点与RC光学系统的焦点重合；光线经过缩束透镜之后，成平行光束入射到汇聚透镜组上；汇聚透镜组用于对目标进行一次成像，获得一次像；中继镜组用于将一次像成像到探测器的焦平面上。本发明实现了远作用距离需求下、大相对孔径高清成像。相对孔径高清成像。相对孔径高清成像。


技术研发人员：史珊珊 范斌
受保护的技术使用者：浙江大立科技股份有限公司
技术研发日：2021.10.20
技术公布日：2022/5/25