專利名稱：一種紅外中長波雙波段成像光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外光學(xué)系統(tǒng)，特別涉及一種中波紅外(Μ Κ，3-5μπι)和長波紅外 (LWIR,8-12ym)波段的成像光學(xué)物鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著紅外量子阱探測器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)可以只用一個探測器來同時響應(yīng)中波紅外和長波紅外的熱輻射。這使得整個熱成像系統(tǒng)需要一個成像物鏡同時可以對中波和長波成像。紅外系統(tǒng)常使用反射式系統(tǒng)和折射式系統(tǒng)。反射式系統(tǒng)的優(yōu)勢是無色差，系統(tǒng)光線透過率較高，然而反射系統(tǒng)的缺點也很明顯，存在中心遮擋問題。制冷型紅外探測器一般都需要設(shè)計冷光闌。當(dāng)有冷光闌存在時，反射式光學(xué)系統(tǒng)的視場角一般都做不大。折射式系統(tǒng)則一般不存在類似問題，但折射式系統(tǒng)一般是用于單一中波紅外或者長波紅外。這是由于一般紅外光學(xué)材料在中波和長波時，表現(xiàn)得很不一樣，比如鍺材料的色散性質(zhì)在中波波段像火石玻璃，而在長波波段像冕牌玻璃。這些性質(zhì)使光學(xué)系統(tǒng)在中波和長波同時消色差加大了難度。非球面技術(shù)在近二十年來在光學(xué)系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用，尤其是在紅外光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計上。紅外光學(xué)設(shè)計可選透鏡材料少，且價格昂貴，要在十分有限的結(jié)構(gòu)變量中消像差，非球面技術(shù)可以提供更多的優(yōu)化自由度?，F(xiàn)今非球面加工技術(shù)已經(jīng)成熟，適當(dāng)?shù)厥褂梅乔蛎嬖O(shè)計可以顯著地提高成像系統(tǒng)的像質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一個四片折射式的紅外中長波雙波段成像光學(xué)系統(tǒng)，可用于制冷式紅外焦平面探測器。該系統(tǒng)冷光闌效率100%，可以較好地抑制雜散光。該光學(xué)系統(tǒng)使用的均是比較常見的紅外光學(xué)材料鍺，AMI1R1，硫化鋅。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的用于紅外焦平面成像的光學(xué)系統(tǒng)從物方至像方按順序由第一透鏡1，第二透鏡2，第三透鏡3，第四透鏡4，杜瓦窗口 5，孔徑光闌6組成。 該光學(xué)系統(tǒng)以紅外焦平面探測器的冷光闌為其孔徑光闌。來自物方的光束依次通過第一透鏡1，第二透鏡2，第三透鏡3，第四透鏡4，杜瓦窗口 5，孔徑光闌6，在像面7上成像。第一片透鏡是AMTIRl材料制成的正透鏡，第二片透鏡和杜瓦窗口是用鍺材料制成，第三片和第四片透鏡是用硫化鋅材料制成的彎月型負(fù)透鏡。鍺在中波的色散較大，在長波的色散較小， 而硫化鋅在中波的色散較小，而在長波的色散較大。所以在中波波段，第一片透鏡產(chǎn)生的負(fù)色差和第二片透鏡產(chǎn)生的正色差抵消；而在長波波段，第一片透鏡產(chǎn)生的負(fù)色差與第三和第四片透鏡產(chǎn)生正色差抵消。本光學(xué)系統(tǒng)在尺寸最小的第四片透鏡上使用了非球面來進(jìn)一步消除像差，優(yōu)化像質(zhì)。本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)接近衍射極限。本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌與紅外焦平面探測器冷光闌位置大小重合，使得通過紅外光學(xué)系統(tǒng)的紅外輻射全部進(jìn)入紅外焦平面探測器，有效地阻止了雜散光進(jìn)入焦平面，保證了紅外焦平面探測器的良好性能。紅外光學(xué)材料一般價格昂貴，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)只用4片透鏡，結(jié)構(gòu)簡單，成本相對低廉。且4片透鏡的結(jié)構(gòu)可以保證整個系統(tǒng)的透過率較高，從而提高整個紅外探測系統(tǒng)的探測距離。


圖1為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在紅外中波(3-5 μ m)下的調(diào)制傳遞函數(shù)。圖3為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在紅外長波(8_12μπι)下的調(diào)制傳遞函數(shù)。
具體實施例方式按照附圖1的示意圖所標(biāo)示，本發(fā)明的四片折射式的紅外中長波雙波段成像光學(xué)系統(tǒng)，透鏡組參數(shù)如下表所示
權(quán)利要求
1.一種紅外中長波雙波段成像光學(xué)系統(tǒng)，包括第一透鏡(1)、第二透鏡O)、第三透鏡 (3)、第四透鏡0)、杜瓦窗口( 和孔徑光闌(6)，其特征在于來自物方的光束依次通過第一透鏡(1)、第二透鏡O)、第三透鏡(3)、第四透鏡G)、杜瓦窗口( 和孔徑光闌(6)后在像面(7)上成像；其中，所述的第一透鏡(1)是AMTIRl鍺砷硒玻璃材料制成的正焦透鏡，所述的第二透鏡⑵是用鍺材料制成的負(fù)焦透鏡，所述的第三透鏡⑶和所述的第四透鏡⑷ 是用硫化鋅材料制成的彎月型負(fù)透鏡，所述的杜瓦窗口( 是鍺材料的平行平板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外中長波雙波段成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，第四片透鏡⑷的第一面(S7)為圓錐曲線非球面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外中長波雙波段成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的孔徑光闌(7)與紅外焦平面探測器冷光闌位置和大小重合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外中長波雙波段成像光學(xué)系統(tǒng)，它主要用于紅外焦平面成像系統(tǒng)。本發(fā)明提出一種四片式的光學(xué)系統(tǒng)，來自無窮遠(yuǎn)物方的光束依次通過第一透鏡，第二透鏡，第三透鏡，第四透鏡，杜瓦窗口，孔徑光闌，在像面上成像。系統(tǒng)的孔徑光闌與制冷紅外探測器杜瓦冷光闌重合。該系統(tǒng)實現(xiàn)了中波紅外(MWIR，3-5μm)和長波紅外(LWIR，8-12μm)波段在同一個焦平面成像。本系統(tǒng)相對孔徑為1∶3，焦距300毫米，視場為8°。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的主要特點在于雙波段工作，使用常見的紅外材料，冷光闌效率100％，且結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配。
文檔編號G02B27/00GK102200639SQ20111016120
公開日2011年9月28日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者于洋, 潘兆鑫, 蹇毅 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所