【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及非制冷紅外光學系統領域，具體涉及一種光學被動消熱差長波紅外光學系統。
技術介紹
1、隨著紅外夜視技術的快速發展，紅外熱成像受到越來越廣泛的關注，其核心技術紅外探測器的研制已取得長足進展。與制冷型探測器相比，非制冷探測器的探測效率普遍偏低，但隨著非制冷紅外探測器的像元尺寸不斷減小、靈敏度不斷提高，而其價格卻逐步降低。且非制冷紅外探測器具有重量輕、體積小、功耗低、可靠性高、易攜帶等優勢，近年來在工業、農業、國防、醫療、交通、環境保護等諸多領域具有非常廣泛的應用前景。
2、然而，一般情況下光學材料的折射率隨溫度的變化而變化，這就使透鏡或光學系統的焦距發生變化。紅外光學材料的溫度系數要比普通光學玻璃的數值大得多，例如，鍺單晶dn/dt的典型值約為396×10-6℃-1，而k9玻璃的溫度系數值則只有2.8×10-6℃-1。因此，在紅外系統中溫度對折射率的影響尤為明顯。隨著環境溫度的變化，折射率、光學透鏡的曲率和厚度、零件間隔等都會發生變化，使紅外光學系統產生熱離焦，導致系統成像質量變差。因此，消熱差紅外光學系統成為高精度紅外光學系統的一個主流發展方向。
3、光學被動式消熱差設計利用光學材料熱特性之間的差異，通過不同特性材料之間的合理組合以消除溫度的影響，從而獲得無熱化效果。這種方式具有機構相對簡單、不需供電、系統可靠性好的優點，其綜合效率最高，因此適合大范圍推廣。
4、中國專利cn114967061a、cn115356826a、cn216901111u、cn209343027u、cn114
5、申請號為201921543017.6的中國專利申請公開了一種用于1k探測器的消熱差長波紅外光學系統，該光學系統總長約115mm，口徑約75mm，焦距為75mm，應用于光圈f/#1的長波紅外探測器上，其波段范圍為8μm～12μm，像元尺寸為12μm×12μm，像元數為1280×1024，與同等焦距的系統相比，系統長度較長，不利于實現小型化。此外該系統的第一透鏡的材料為硫系玻璃，硫系玻璃在外露環境下，由于環境中的鹽霧、霉菌會造成透鏡表面腐蝕及砂塵對透鏡外露面的破壞，且硫系玻璃表面鍍類金剛石膜層的牢固度差，因此需要在鏡頭前增加保護窗口鏡。
6、申請號為202010004654.7的中國專利申請公開了大靶面高分辨率光學無熱化鏡頭及其工作方法，該光學系統實現的技術指標為焦距：effl＝55mm，f數＝1.0，視場角：2w≥20°，成像圓直徑大于ф19.6，工作光譜范圍：8μm～12μm，光學總長ttl≤88mm，光學后截距≥10mm，該鏡頭適用于1280×1024，12μm非制冷長波紅外探測器，系統長度/焦距＝1.6，系統長度較長，不利于實現小型化。
7、申請號為202222653464.5的中國專利申請公開了一種應用于大靶面紅外探測器的無熱化鏡頭，該光學系統實現的技術指標為：f數為1.1，焦距為43.5mm，適用于1280×1024，像元大小12μm的長波非制冷探測器光學系統總為56mm。該系統第一透鏡的材料為硫系玻璃，硫系玻璃在外露環境下，由于環境中的鹽霧、霉菌會造成透鏡表面腐蝕及砂塵對透鏡外露面的破壞，且硫系玻璃表面鍍類金剛石膜層的牢固度差，因此需要在鏡頭前增加保護玻璃或頭罩。
技術實現思路
1、為解決目前消熱差長波紅外鏡頭存在的問題，本專利技術提供一種光學被動消熱差長波紅外光學系統。
2、為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案是：
3、一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，所述光學系統由從物方至像方依次同軸設置的第一彎月形負透鏡、第一彎月形正透鏡、第二彎月形負透鏡、第二彎月形正透鏡組成，所述的第一彎月形負透鏡、第一彎月形正透鏡、第二彎月形負透鏡、第二彎月形正透鏡均彎向像面的方向設置。
4、進一步地，所述的第一彎月形負透鏡所采用的材料為單晶鍺ge，第一彎月形正透鏡所采用的材料為硫系玻璃irg204，第二彎月形負透鏡采用的材料為znse，第二彎月形正透鏡所采用的材料為硫系玻璃irg206。
5、進一步地，所述第一彎月形負透鏡的入射面上鍍有類金剛石膜，其余的透鏡表面均鍍有高效增透膜。
6、進一步地，系統后工作距bfl即第二彎月形正透鏡后表面至成像面之間的距離滿足以下條件：12.5mm≤bfl≤17.5mm。
7、進一步地，所述第一彎月形正透鏡與第二彎月形負透鏡之間于光軸上的距離為t23，所述第二彎月形負透鏡與所述第二彎月形正透鏡之間于光軸上的距離為t34，所述第二彎月形負透鏡于光軸上的厚度為ct3，滿足以下條件：7.5≤(t23+t34)/ct3≤8.5。
8、進一步地，所述光學被動消熱差長波紅外光學系統采用準像方遠心光路設計。
9、進一步地，所述的第一彎月形負透鏡滿足以下條件：-19.0≤f1/f≤-18.0，其中f為光學系統的焦距、f1為第一彎月形負透鏡的有效焦距；
10、所述的第一彎月形正透鏡滿足以下條件：0.8≤f2/f≤0.9，其中f為光學系統的焦距、f2為第一彎月形正透鏡的有效焦距；
11、所述的第二彎月形負透鏡滿足以下條件：-0.5≤f3/f≤-0.4，其中f為光學系統的焦距、f3為第二彎月形負透鏡的有效焦距；
12、所述的第二彎月形正透鏡滿足以下條件：0.4≤f4/f≤0.5，其中f為光學系統的焦距、f4為第二彎月形正透鏡的有效焦距。
13、進一步地，所述的光學被動消熱差長波紅外光學系統，第一彎月形負透鏡朝向像面的表面、第一彎月形正透鏡背向像面的表面、第二彎月形正透鏡背向像面的表面均為非球面。
14、進一步地，所述的第二彎月形負透鏡入射面的表面采用衍射非球面。
15、進一步地，所述的光學系統實現的技術參數為：工作波段：8μm～12μm；f#：1.0；視場：8.8°×6.6°；焦距：80mm；像面直徑：φ15.4mm，光學系統總長：98.0mm；其中，f#計算公式為f/d，f為光學系統的焦距，d為入射光瞳直徑。
16、有益效果：
17、本專利技術通過采用具有不同折射率溫度系數的光學材料組合實現光學被動消熱差的方式，使得光學系統在寬溫范圍內不會因為工作溫度變化而造成成像質量下降，同時不需要其他活動機構，從而使得系統結構設計簡單、可靠性高。
18、本專利技術中光學系統第一透鏡的材料為單晶鍺(ge)材料，在鍺材料表面鍍類金剛石硬質保護膜的牢固度好、工藝成熟。因此，不需要在鏡頭前增加保護窗口鏡，可有效解決硫系玻璃在外露環境下，因硫系玻璃表面鍍類金剛石膜層的牢固度差，環境中的鹽霧、霉菌會造成硫系玻璃透鏡表面腐蝕及砂塵對透鏡外露面所造成的破壞的技術問題。
19、本專利技術采用準像方遠心光路設計，以保證系統出射光本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述光學系統由從物方至像方依次同軸設置的第一彎月形負透鏡（1）、第一彎月形正透鏡（2）、第二彎月形負透鏡（3）、第二彎月形正透鏡（4）組成，所述的第一彎月形負透鏡（1）、第一彎月形正透鏡（2）、第二彎月形負透鏡（3）、第二彎月形正透鏡（4）均彎向像面的方向設置，且各透鏡表面曲率半徑為正。
2.根據權利要求1所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述的第一彎月形負透鏡（1）所采用的材料為單晶鍺Ge，第一彎月形正透鏡（2）所采用的材料為硫系玻璃IRG204，第二彎月形負透鏡（3）采用的材料為ZNSE，第二彎月形正透鏡（4）所采用的材料為硫系玻璃IRG206。
3.根據權利要求2所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述第一彎月形負透鏡（1）的入射面上鍍有類金剛石膜，其余的透鏡表面均鍍有高效增透膜。
4.根據權利要求1所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，系統后工作距BFL即第二彎月形正透鏡（4）后表面至成像面之間的距離滿足以下條件：12.5mm≤BF
5.根據權利要求1所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述第一彎月形正透鏡（2）與第二彎月形負透鏡（3）之間于光軸上的距離為T23，所述第二彎月形負透鏡（3）與所述第二彎月形正透鏡（4）之間于光軸上的距離為T34，所述第二彎月形負透鏡（3）于光軸上的厚度為CT3，滿足以下條件：7.5≤（T23+T34）/?CT3≤8.5。
6.根據權利要求1所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述光學被動消熱差長波紅外光學系統采用準像方遠心光路設計。
7.根據權利要求1所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，各透鏡焦距需滿足以下條件：
8.根據權利要求1所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述的光學被動消熱差長波紅外光學系統，第一彎月形負透鏡（1）朝向像面的表面、第一彎月形正透鏡（2）背向像面的表面、第二彎月形正透鏡（4）背向像面的表面均為非球面。
9.根據權利要求1所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述的第二彎月形負透鏡（3）入射面的表面采用衍射非球面。
10.根據權利要求1所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述的光學系統實現的技術參數為：工作波段：8μm～12μm；F#：1.0；視場：8.8°x6.6°；焦距：80mm；像面直徑：Φ15.4mm，光學系統總長：98.0mm；其中，F#計算公式為f/D，f為光學系統的焦距，D為入射光瞳直徑。
...【技術特征摘要】
1.一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述光學系統由從物方至像方依次同軸設置的第一彎月形負透鏡（1）、第一彎月形正透鏡（2）、第二彎月形負透鏡（3）、第二彎月形正透鏡（4）組成，所述的第一彎月形負透鏡（1）、第一彎月形正透鏡（2）、第二彎月形負透鏡（3）、第二彎月形正透鏡（4）均彎向像面的方向設置，且各透鏡表面曲率半徑為正。
2.根據權利要求1所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述的第一彎月形負透鏡（1）所采用的材料為單晶鍺ge，第一彎月形正透鏡（2）所采用的材料為硫系玻璃irg204，第二彎月形負透鏡（3）采用的材料為znse，第二彎月形正透鏡（4）所采用的材料為硫系玻璃irg206。
3.根據權利要求2所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述第一彎月形負透鏡（1）的入射面上鍍有類金剛石膜，其余的透鏡表面均鍍有高效增透膜。
4.根據權利要求1所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，系統后工作距bfl即第二彎月形正透鏡（4）后表面至成像面之間的距離滿足以下條件：12.5mm≤bfl≤17.5mm。
5.根據權利要求1所述的一種光學被動消熱差長波紅外光學系統，其特征在于，所述第一彎月形正透鏡（2）與第二彎月形負透鏡（3）之間于光軸上的距離為t...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳海清，劉志廣，趙亮亮，沈穎凡，王浩楠，趙曉云，張昉，
申請(專利權)人：凱邁洛陽測控有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。