一种无热化超大视场中波红外光学系统

摘要

本发明涉及一种无热化超大视场中波红外光学系统，包括五个同轴的单透镜，沿轴向依次排列为第一单透镜、第二单透镜、第三单透镜第四单透镜和第五单透镜；采用反远距光学构型，实现了(90°×90°，圆视场为127°)的超大视场中波红外光学系统，并且，利用不同热膨胀系数的中波红外光学材料的合理匹配，光学镜筒采用常见的铝合金材质，进行光焦度分配，进行消热化优化设计，实现了被动无热化设计，保证了光学系统在‑40℃～+60℃温度范围内，无需调焦，均能够成像清晰，每个像素对应的瞬时视场均一致。

说明书

技术领域

本发明属于光学系统设计领域，涉及一种无热化超大视场中波红外光学系统。

背景技术

高科技武器的应用使现代战争中的威胁具有全向性,在空中,飞机有可能同时遭受来自前、后、左、右、上、下方向的攻击,对于陆地上的目标,其有可能遭受来自空中各个方向的袭击,为此要求红外告警系统、势态感知系统等需具备大范围侦测能力。因此,世界各军事强国一直将大视角凝视红外成像技术作为红外告警系统的重点研究向。

目前用于红外告警系统的红外光学系统成像系统，为了达到好成像的效果，普遍采用的透镜片数较多，使得成像光学系统尺寸偏大，安装在光学镜筒内后，易出现热化现象，造成系统工作不稳定等问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无热化超大视场中波红外光学系统，是一种透镜片数少、光机材料种类少、成像效果好、光学被动无热化的超大视场中波红外光学系统。

技术方案

一种无热化超大视场中波红外光学系统，其特征在于包括五个同轴的单透镜，沿轴向依次排列为第一单透镜1、第二单透镜2、第三单透镜3第四单透镜4和第五单透镜5；所述第一单透镜1光焦度为负，厚度为3.5mm；所述第二单透镜2光焦度为负，厚度为4.0mm；所述第三单透镜3光焦度为负，厚度为4.0mm；所述第四单透镜4光焦度为正，厚度为2.0mm；所述第五单透镜5光焦度为正，厚度为3.9mm；按照光路走向，单透镜1第一面为非球面、单透镜2第一面为非球面、单透镜5第一面为非球面，其余均为球面；所述五个同轴的单透镜的间隔为：第一单透镜1与第二单透镜2间隔39.5mm、第二单透镜2与第三单透镜3间隔5.1mm、第三单透镜3与第四单透镜4间隔0.5mm、第四单透镜4与第五单透镜5间隔0.5mm。

所述五个单透镜的材料选择为：第一单透镜1、第二单透镜2和第三单透镜3材料设计为锗，第四单透镜4材料设计为硅，第五单透镜5材料设计为硒化锌。

所述五个单透镜组成的光路系统置于铝合金的镜筒内。

有益效果

本发明提出的一种无热化超大视场中波红外光学系统，采用反远距光学构型，实现了90°×90°，圆视场为127°的超大视场中波红外光学系统，并且，利用不同热膨胀系数的中波红外光学材料的合理匹配，光学镜筒采用常见的铝合金材质，进行光焦度分配，进行消热化优化设计，实现了被动无热化设计，保证了光学系统在-40℃～+60℃温度范围内，无需调焦，均能够成像清晰，每个像素对应的瞬时视场均一致。

本发明采用一次成像光学构型，光学系统F数为2.0，工作波段为3700nm～4800nm，中心波长为4200nm，该光学系统匹配分辨率为640×512的凝视型中波制冷型红外探测器，光学系统的焦距为4.8mm，对应的光学视场为90°×90°，光学系统总长为63mm。

本发明采用的透镜片数少，共五片透镜，且选用的光机材料常见且种类少，镜筒采用铝合金，利用所选用的锗、硅、硒化锌光学材料不同的温度特性来消除热差，经过优化设计，实现了被动无热化设计，保证了在-40℃～+60℃的宽温度范围内具有良好的耐受性。

附图说明

图1：为本发明的光学系统光路示意图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例的无热化超大视场中波红外光学系统，包括五个同轴的单透镜，沿轴向依次排列为第一单透镜1、第二单透镜2、第三单透镜3第四单透镜4和第五单透镜5；所述第一单透镜1光焦度为负，厚度为3.5mm；所述第二单透镜2光焦度为负，厚度为4.0mm；所述第三单透镜3光焦度为负，厚度为4.0mm；所述第四单透镜4光焦度为正，厚度为2.0mm；所述第五单透镜5光焦度为正，厚度为3.9mm；按照光路走向，单透镜1第一面为非球面、单透镜2第一面为非球面、单透镜5第一面为非球面，其余均为球面；所述五个同轴的单透镜的间隔为：第一单透镜1与第二单透镜2间隔39.5mm、第二单透镜2与第三单透镜3间隔5.1mm、第三单透镜3与第四单透镜4间隔0.5mm、透镜3与透镜4间隔0.5mm。

所述五个单透镜的材料选择为：第一单透镜1、第二单透镜2和第三单透镜3材料设计为锗，第四单透镜4材料设计为硅，第五单透镜5材料设计为硒化锌。

所述五个单透镜组成的光路系统置于铝合金的镜筒内。

本光学系统使用透镜个数少，共采用五片透镜，采用常用光学材料：锗、硅、硒化锌，镜筒采用铝合金，经过优化设计，实现了超大视场中波红外被动无热化设计，保证了光学系统在-40℃～+60℃温度范围内具有良好的耐受性，此外，本光学系统还具有结构紧凑，尺寸小、可靠性优，透过率等优点。