本發(fā)明涉及制冷型紅外鏡頭，具體涉及一種制冷型單片式環(huán)形孔徑折疊成像光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、紅外光學(xué)系統(tǒng)可以對探測目標及其周圍環(huán)境熱輻射能量進行探測，該類光學(xué)系統(tǒng)能夠在各種惡劣的環(huán)境下對目標進行實時探測，因此在軍用民用領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。此外制冷紅外探測器可以大大降低自身熱輻射的干擾，提升最終的成像質(zhì)量，被廣泛應(yīng)用于各種探測當(dāng)中。

2、目前的紅外制冷系統(tǒng)很多都存在體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。于是，現(xiàn)有技術(shù)通過對傳統(tǒng)反射式光學(xué)系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，發(fā)展至環(huán)形孔徑成像系統(tǒng)。然而，現(xiàn)有紅外制冷環(huán)形孔徑超薄成像系統(tǒng)的視場較小，體積較大。

3、參見《光學(xué)學(xué)報》，虞林瑤等人發(fā)表的一篇文章名為“一種超緊湊型單片成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計”，文中該系統(tǒng)采用了一種一體式的雙反射結(jié)構(gòu)——將主次鏡集成在一個透鏡前后表面，僅用一片透鏡實現(xiàn)了光學(xué)系統(tǒng)成像。但是該系統(tǒng)視場較小，體積較大，其視場僅為4.88°，且其光學(xué)總長較長為26mm，總長與系統(tǒng)焦距比值達到了0.31。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的紅外系統(tǒng)視場較小、體積較大的問題，提出了一種制冷型單片式環(huán)形孔徑折疊成像光學(xué)系統(tǒng)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種制冷型單片式環(huán)形孔徑折疊成像光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)依次同軸設(shè)置環(huán)形孔徑透鏡、窗口、冷光闌和成像平面；所述窗口位于環(huán)形孔徑透鏡后面，入射光束經(jīng)過環(huán)形孔徑透鏡后經(jīng)過窗口、冷光闌后最終聚焦到成像平面；

4、所述環(huán)形孔徑透鏡由外到內(nèi)依次為：環(huán)帶透射面一、環(huán)帶反射面一、環(huán)帶反射面二、環(huán)帶反射面三、環(huán)帶反射面四和環(huán)帶透射面二；

5、所述環(huán)形孔徑透鏡1的環(huán)帶透射面一用于接收入射光束并透射出去；

6、所述環(huán)形孔徑透鏡的環(huán)帶反射面一用于接收環(huán)帶透射面一透射過來的光束，并進行第一次反射；

7、所述環(huán)形孔徑透鏡的環(huán)帶反射面二用于接收環(huán)帶反射面一的反射光束，并進行第二次反射；

8、所述環(huán)形孔徑透鏡的環(huán)帶反射面三用于接收環(huán)帶反射面二的反射光束，并進行第三次反射；

9、所述環(huán)形孔徑透鏡的環(huán)帶反射面四用于接收環(huán)帶反射面三的反射光束，并進行第四次反射；

10、所述環(huán)形孔徑透鏡的環(huán)帶透射面二用于接收環(huán)帶反射面四的反射光束，并將光束聚焦。

11、光束入射到環(huán)帶透射面一上透射，透射光入射到環(huán)帶反射面一上進行第一次反射，反射后的光入射到環(huán)帶反射面二上進行第二次反射，二次反射后的光入射到環(huán)帶反射面三上進行第三次反射，三次反射后的光入射到環(huán)帶反射面四上進行第四次反射，四次反射后的光入射到環(huán)帶透射面二上透射，透射光再經(jīng)過窗口和冷光闌后最終聚焦到成像平面上。

12、所述環(huán)形孔徑透鏡和窗口選取的材料為鍺。

13、所述環(huán)帶反射面一、環(huán)帶反射面二、環(huán)帶反射面三、環(huán)帶反射面四鍍制中波紅外高反射膜層，環(huán)帶透射面一和環(huán)帶透射面二鍍制中波紅外高透射膜層。

14、所述環(huán)帶透射面一、環(huán)帶反射面一、環(huán)帶反射面二、環(huán)帶反射面三、環(huán)帶反射面四和環(huán)帶透射面二均為偶次非球面，偶次非球面面型滿足以下關(guān)系式：

15、

16、其中，z(r)為非球面沿光軸方向在高度為r位置時，距非球面頂點的距離矢高；c為非球面表面曲率，這里c＝1/r，r為非球面的曲率半徑；k為圓錐系數(shù)；a、b、c、d、e為非球面系數(shù)。

17、本發(fā)明的有益效果如下：

18、本發(fā)明制冷型單片式環(huán)形孔徑折疊成像光學(xué)系統(tǒng)全視場為7°，體積小重量輕，總長短，光學(xué)總長為16.32mm，光學(xué)元件總長與系統(tǒng)焦距的比值僅為0.16，結(jié)構(gòu)簡單易裝配。

19、該光學(xué)系統(tǒng)僅采用了一片環(huán)形孔徑透鏡。相較于傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)來說，環(huán)形孔徑系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)可以折疊光路，在保證成像質(zhì)量的同時，解決了傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)尺寸較大的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的小型化，且系統(tǒng)的部件更少，容易裝調(diào)。

技術(shù)特征：

1.一種制冷型單片式環(huán)形孔徑折疊成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，其包括依次同軸設(shè)置的環(huán)形孔徑透鏡(1)、窗口(2)、冷光闌(3)和成像平面(4)；所述窗口(2)位于環(huán)形孔徑透鏡(1)后面，入射光束經(jīng)過環(huán)形孔徑透鏡(1)后經(jīng)過窗口(2)、冷光闌(3)后最終聚焦到成像平面(4)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制冷型單片式環(huán)形孔徑折疊成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，光束入射到環(huán)帶透射面一(1-1)上透射，透射光入射到環(huán)帶反射面一(1-2)上進行第一次反射，反射光入射到環(huán)帶反射面二(1-3)上進行第二次反射，二次反射光入射到環(huán)帶反射面三(1-4)上進行第三次反射，三次反射光入射到環(huán)帶反射面四(1-5)上進行第四次反射，四次反射光入射到環(huán)帶透射面二(1-6)上透射出去，透射光再經(jīng)過窗口(2)和冷光闌(3)后最終聚焦到成像平面(4)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制冷型單片式環(huán)形孔徑折疊成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，環(huán)形孔徑透鏡(1)和窗口(2)選取的材料為鍺。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制冷型單片式環(huán)形孔徑折疊成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)帶反射面一(1-2)、環(huán)帶反射面二(1-3)、環(huán)帶反射面三(1-4)、環(huán)帶反射面四(1-5)鍍制中波紅外高反射膜層，環(huán)帶透射面一(1-1)和環(huán)帶透射面二(1-6)鍍制中波紅外高透射膜層。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制冷型單片式環(huán)形孔徑折疊成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)帶透射面一(1-1)、環(huán)帶反射面一(1-2)、環(huán)帶反射面二(1-3)、環(huán)帶反射面三(1-4)、環(huán)帶反射面四(1-5)和環(huán)帶透射面二(1-6)均為偶次非球面，偶次非球面面型滿足以下關(guān)系式：

技術(shù)總結(jié)
一種制冷型單片式環(huán)形孔徑折疊成像光學(xué)系統(tǒng)，涉及制冷型紅外鏡頭技術(shù)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有的紅外系統(tǒng)視場較小、體積較大的問題，該系統(tǒng)依次同軸設(shè)置環(huán)形孔徑透鏡、窗口、冷光闌和成像平面；所述窗口位于環(huán)形孔徑透鏡后面，入射光束經(jīng)過環(huán)形孔徑透鏡后經(jīng)過窗口、冷光闌后最終聚焦到成像平面；所述環(huán)形孔徑透鏡由外到內(nèi)依次為：環(huán)帶透射面一、環(huán)帶反射面一、環(huán)帶反射面二、環(huán)帶反射面三、環(huán)帶反射面四和環(huán)帶透射面二；該光學(xué)系統(tǒng)僅采用了一片環(huán)形孔徑透鏡。相較于傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)來說，環(huán)形孔徑系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)可以折疊光路，在保證成像質(zhì)量的同時，解決了傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)尺寸較大的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的小型化，且系統(tǒng)的部件更少，容易裝調(diào)。

技術(shù)研發(fā)人員：樸明旭,童英然,趙淵明,張博
受保護的技術(shù)使用者：長春理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30