【技術實現步驟摘要】
本技術屬于光學成像，具體而言，涉及一種低成本輕小型高分辨率共孔徑雙波段制冷光學系統。
技術介紹
1、雙波段紅外焦平面陣列已發展了近二十年，其能在單獨的像素上敏感不同的譜段，優化傳感器系統的探測和識別功能，可實現一個波長不能識別目標的條件下對目標進行識別，從而在各種復雜大氣環境和戰場場景中形成最佳的圖像，提供更好的目標探測和識別能力，進一步提高任務穩健性。但這些探測器普遍為低溫制冷，而且對于較高性能的應用成本較高，與這些系統相關的光學系統也是復雜且成本較高的。因此，設計一款低成本、小型化、高分辨率的中/長波共孔徑雙波段制冷光學系統尤為重要，系統可廣泛應用于軍事、安防、醫療、能源勘探等領域。
技術實現思路
1、本技術的目的是為了實現雙波段制冷光學系統的低成本、小型化、雙波段、共孔徑、高分辨率設計，本技術提供一種低成本輕小型高分辨率共孔徑雙波段制冷光學系統。
2、為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案如下：
3、一種低成本輕小型高分辨率共孔徑雙波段制冷光學系統，其特征在于：在光的傳播方向上由外向內依次設置第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、探測器保護玻璃、冷光闌和探測器光敏面。所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、探測器保護玻璃、冷光闌和探測器光敏面同軸設置。光學系統用于接收經目標和背景固有的紅外輻射，并匯聚至中/長波雙波段制冷探測器光敏面上，實現光電轉換，系統具有較高的靈敏度和較小的空間分辨率，可以在夜間或復雜氣象條件下，獲取目標在中/長波的輻射特性
4、進一步的，所述第一透鏡、第三透鏡的光焦度為負；所述第二透鏡、第四透鏡的光焦度為正；所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡為非球面透鏡；所述光學系統的光學參數如表1所示。
5、表1光學系統參數表
6、
7、進一步的，如表1所述，所述第一透鏡的s1表面為球面，s2表面為非球面；所述第二透鏡的s3表面為非球面，s4表面為球面；所述第三透鏡的s5表面為非球面，s6表面為球面；所述第四透鏡的s7表面為非球面，s8表面為球面；非球面方程為(1):
8、非球面方程為
9、
10、式中：c為近軸曲率半徑，r為曲率半徑；k為二次曲面常數；a、b、c、d、e為非球面系數。
11、進一步的，所述光學系統非球面的表面面型如表2所示。
12、表2光學系統非球面面型參數表
13、 表面 k a b c d e s2 0.28835 -2.199e-006 -1.532e-009 -9.824e-012 1.441e-014 -2.676e-017 s3 0 -1.324e-006 -4.435e-010 1.575e-012 -3.347e-015 2.561e-018 s5 -15.4147 7.042e-006 -1.345e-008 7.786e-011 -3.266e-013 4.814e-016 s7 -0.0205 -1.647e-006 5.778e-009 -4.680e-011 2.423e-013 -4.580e-016
14、進一步的，所述光學系統的工作波段為3.7μm～4.8μm&7.7μm～10.3μm，焦距為19mm，f數為2，視場大小為44°×35.5°，匹配面陣規模為1280×1024，像素大小為12μm的高分辨率中/長波雙波段斯特林制冷探測器，在42lp/mm處，中波傳遞函數，軸上視場傳遞函數值≥0.45，軸外傳遞函數值≥0.4；長波傳遞函數，軸上視場傳遞函數值≥0.18，軸外傳遞函數值≥0.1，系統畸變≤4.9％。
15、進一步的，所述光學系統在設計時采用一次成像4片式結構形式，選用穩定性好、加工工藝成熟的國產硫系玻璃irg201、znse及baf2作為透鏡材料，在僅使用4片光學透鏡的情況下，運用高級像差理論，合理匹配光焦度和色散系數，通過光學非球面校正光學殘余像差，實現中/長波雙波段共口徑成像，所述光學系統的外形尺寸＜φ50mm×120mm，光學總重量＜190g，光學系統具有成像質量優良，鏡片數量少，透過率高，結構簡單緊湊，易加工裝校，成本低，適用于大批量生產等技術特點。
16、本專利技術相對于現有技術的有益效果是：
17、1、本專利技術所記載的光學系統工作波段為3.7μm～4.8μm&7.7μm～10.3μm，焦距為19mm，f數為2，視場為44°×35.5°，全視場畸變≤4.9％，探測器選用高分辨率1280×1024，像素大小12μm的雙波段斯特林制冷探測器，系統為小f數中/長波雙波段共孔徑制冷光學系統，設計時采用一次成像4片式光學結構，外形尺寸＜φ50mm×120mm，總重量＜190g，雙波段共孔徑光學系統是實現光電成像系統小型化、輕量化和低功耗的最佳途徑，可獲取目標在中/長波的輻射特性，實現高性能成像系統，可充分利用不同譜段的探測優勢和互補性，對復雜環境下的目標進行探測、識別與精確定位。
18、2、本專利技術所記載的光學系統的傳遞函數，在42lp/mm處時，中波傳遞函數，軸上視場傳遞函數值≥0.45，軸外傳遞函數值≥0.4；長波傳遞函數，軸上視場傳遞函數值≥0.18，軸外傳遞函數值≥0.1；系統成像質量優良，單像素張角小于0.63mrad，分辨本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種低成本輕小型高分辨率共孔徑雙波段制冷光學系統，其特征在于：在光的傳播方向上由外向內依次設置第一透鏡(1)、第二透鏡(2)、第三透鏡(3)、第四透鏡(4)、探測器保護玻璃(5)、冷光闌(6)和探測器光敏面(7)；所述第一透鏡(1)、第二透鏡(2)、第三透鏡(3)、第四透鏡(4)、探測器保護玻璃(5)、冷光闌(6)、探測器光敏面(7)同軸設置；光學系統用于接收經目標和背景固有的紅外輻射，并匯聚至中/長波雙波段制冷探測器光敏面上，實現光電轉換；
2.根據權利要求1所述的一種低成本輕小型高分辨率共孔徑雙波段制冷光學系統，其特征在于：所述光學系統在設計時采用一次成像4片式結構形式，選用穩定性好、加工工藝成熟的國產硫系玻璃IRG201、ZNSE及BAF2作為透鏡材料，在僅使用4片光學透鏡的情況下，運用高級像差理論，合理匹配光焦度和色散系數，通過光學非球面校正光學殘余像差，實現中/長波雙波段共口徑成像，所述光學系統的外形尺寸＜φ50mm×120mm，光學總重量＜190g。
3.根據權利要求1所述的一種低成本輕小型高分辨率共孔徑雙波段制冷光學系統，其特征在于：所述
...【技術特征摘要】
1.一種低成本輕小型高分辨率共孔徑雙波段制冷光學系統，其特征在于：在光的傳播方向上由外向內依次設置第一透鏡(1)、第二透鏡(2)、第三透鏡(3)、第四透鏡(4)、探測器保護玻璃(5)、冷光闌(6)和探測器光敏面(7)；所述第一透鏡(1)、第二透鏡(2)、第三透鏡(3)、第四透鏡(4)、探測器保護玻璃(5)、冷光闌(6)、探測器光敏面(7)同軸設置；光學系統用于接收經目標和背景固有的紅外輻射，并匯聚至中/長波雙波段制冷探測器光敏面上，實現光電轉換；
2.根據權利要求1所述的一種低成本輕小型高分辨率共孔徑雙波段制冷光學系統，其特征在于：所述光學系統在設計時采用一次成像4片式結構形式，選用穩定性好、加工工藝成熟的國產硫系玻璃irg201、znse及baf2作為透鏡材料，在僅使用4片光學透鏡的情...
【專利技術屬性】
技術研發人員：賀磊，吳興廣，王仁浩，司紅利，李恒剛，
申請(專利權)人：哈爾濱新光光電科技股份有限公司，
類型：新型
國別省市：
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