一种中短波宽波段被动消热差光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种中短波宽波段被动消热差光学系统，采用直筒型一次成像系统构型，光学系统由七片透镜组成。选择合适的光学材料以及选择合适的曲率半径以及透镜间隔来校正光学系统的冷反射；采用非球面特殊面型，设置优化程序来校正光学系统的初级象差以及高级象差，达到像质最优化的目的；选择合适的光学材料、结构材料，通过光学材料折射率温度变化及光学材料的热膨胀变化与结构材料热膨胀变化相互抵消，实现宽温度范围被动无热化设计。

A passive thermal differential optical system for medium short wave and wide band

The invention relates to a passive heat elimination differential optical system for medium short wave and wide wave band, which adopts a straight cylinder type primary imaging system configuration, and an optical system is composed of seven lenses. Select the appropriate optical material and the cold reflection to select the appropriate radius of curvature and lens interval correction using aspheric optical system; special type, set optimization procedures to correct optical system aberration and advanced primary aberration, image quality to achieve the purpose of optimization; structure of optical materials, proper material selection, the index of refraction changes of temperature and optical material thermal expansion of materials and structures of the material thermal expansion changes offset each other, realize the wide temperature range of passive athermal design.

【技术实现步骤摘要】
一种中短波宽波段被动消热差光学系统
本专利技术属于光学
，涉及一种中短波宽波段被动消热差光学系统。
技术介绍
由于大气对红外辐射的吸收，主要有三个重要的大气窗口，分布在0.75-2.5μm的近红外、3-5μm的中波红外和8-14μm的长波红外三个波段范围内。传统的红外成像系统一般工作的波段较窄，获取的信息量有限，因此，结合各个波段的成像特点，工作于宽波段的红外光学系统能够获取充分有用的信息，能够有效地把目标物从大量的图像中识别出来，在目标识别探测中能够发挥举足轻重的地位。但现有的光学系统没有考虑中短波宽波段红外光学系统中的无热化问题，导致在高低温环境下成像质量差。不能同时工作于中波波段和短波波段，存在单一波段红外系统获取信息的局限性。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种中短波宽波段被动消热差光学系统，克服单一波段红外系统获取信息的局限性，同时解决在中短波宽波段红外光学系统中的无热化问题。技术方案一种中短波宽波段被动消热差光学系统，其特征在于第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7；自物方到像方沿光轴依次排列为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7；七个透镜的参数为：第一透镜1为负光焦度透镜，第二透镜2为正光焦度透镜，第三透镜3为正光焦度透镜，第四透镜4为负光焦度透镜，第五透镜5为正光焦度透镜，第六透镜6为负光焦度透镜，第七透镜7为正光焦度透镜。第七透镜7后端设有探测器，探测器的冷光阑与七个透镜的光学系统的孔径光阑重合。所述探测器为中短波宽波段制冷型探测器。所述七个透镜与探测器一并置于钛合金材料的镜筒中。所述七个透镜的玻璃材料搭配为：第一透镜1为硫化锌材料，第二透镜2为氟化钡材料，第三透镜3为硅材料，第四透镜4为氟化钙材料，第五透镜5为硫化锌材料，第六透镜6为硅材料，第七透镜7为硒化锌材料。所述探测器光窗平面的参数为：根据权利要求2或6所述中短波宽波段被动消热差光学系统，其特征在于：所述探测器光窗平面的材料为硅材料。所述七个透镜的参数为：有益效果本专利技术提出的一种中短波宽波段被动消热差光学系统，采用直筒型一次成像系统构型，光学系统由七片透镜组成。选择合适的光学材料以及选择合适的曲率半径以及透镜间隔来校正光学系统的冷反射；采用非球面特殊面型，设置优化程序来校正光学系统的初级象差以及高级象差，达到像质最优化的目的；选择合适的光学材料、结构材料，通过光学材料折射率温度变化及光学材料的热膨胀变化与结构材料热膨胀变化相互抵消，实现宽温度范围被动无热化设计。本专利技术通过使用多个非球面，增加了光学系统设计过程中的自由度，协调校正系统的慧差、球差、像散，大幅提高像质。被动消热差光学系统的材料合理搭配，使光学系统在温度范围-40℃～+60℃保持高质量成像，红外光学系统的波长范围为1.4μm～5.1μm，覆盖了中波波段和短波波段。本专利技术的优点是：本专利技术对中短波宽波段进行成像，提高了目标的识别效率，降低了虚警率；采用非球面设计，优化设计可选择的变量增多，像差设计易于获得优良像质；采用五种红外光学材料进行消热差材料匹配，利用非球面透镜组来校正球差、慧差、像散，没有采用衍射面；结构简化：系统采用七片透镜，直筒型构型，结构紧凑，大大降低了工艺要求；光机装调方便：光路中的部件均为固定部件，装调简单，很大程度上降低了系统的装调难度。附图说明图1是本专利技术红外光学系统光路图具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：如图1所示为本专利技术所设计的七片式中短波宽波段被动消热差红外光学系统的光路图，自物方到像方沿光轴依次排列为第一透镜1，负光焦度透镜，采用硫化锌材料；第二透镜2，为正光焦度透镜，采用氟化钡材料；第三透镜3，为正光焦度透镜，采用硅材料；第四透镜4，为负光焦度透镜，采用氟化钙材料；第五透镜5，正光焦度透镜，采用硫化锌材料；第六透镜6，为负光焦度透镜，采用硅材料；第七透镜7，为正光焦度透镜，采用硒化锌材料；第七透镜7后端设有探测器，探测器为中短波宽波段制冷型探测器，探测器的冷光阑与七个透镜的光学系统的孔径光阑重合。探测器光窗平面8采用硅材料，成像在探测器焦平面9上。光学系统镜筒材料采用钛合金材料。该光学系统的具体参数如下表所示：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中短波宽波段被动消热差光学系统，其特征在于第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)和第七透镜(7)；自物方到像方沿光轴依次排列为第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)和第七透镜(7)；七个透镜的参数为：第一透镜(1)为负光焦度透镜，第二透镜(2)为正光焦度透镜，第三透镜(3)为正光焦度透镜，第四透镜(4)为负光焦度透镜，第五透镜(5)为正光焦度透镜，第六透镜(6)为负光焦度透镜，第七透镜(7)为正光焦度透镜。

【技术特征摘要】
1.一种中短波宽波段被动消热差光学系统，其特征在于第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)和第七透镜(7)；自物方到像方沿光轴依次排列为第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)和第七透镜(7)；七个透镜的参数为：第一透镜(1)为负光焦度透镜，第二透镜(2)为正光焦度透镜，第三透镜(3)为正光焦度透镜，第四透镜(4)为负光焦度透镜，第五透镜(5)为正光焦度透镜，第六透镜(6)为负光焦度透镜，第七透镜(7)为正光焦度透镜。2.根据权利要求1所述中短波宽波段被动消热差光学系统，其特征在于：第七透镜(7)后端设有探测器，探测器的冷光阑与七个透镜的光学系统的孔径光阑重合。3.根据权利要求2所述中短波宽波段被动消热差光学系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦，张良，赵珩，赵延，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：河南,41