[发明专利]一种用于红外焦平面成像的光学系统

说明书

本发明涉及光学元件、系统或仪器，特别是用于红外焦平面成像的光学系统。

光学系统的孔径光阑一般都位于光学系统内部或者光学系统的第一片透镜上，这对校正光学系统的像差和减小光学系统的尺寸都有利。同时，孔径光阑的位置选择也可作为校正轴外点像差的一种手段。红外光学系统当然也不例外，一般的单片式和多片式红外物镜的孔径光阑也都位于物镜的内部或物镜的第一片透镜上。参见《红外光学系统设计》，赵秀丽编著，第303～339页，机械工业出版社1986年出版。

在采用红外焦平面探测器的红外成像系统中，为了避免杂散光和镜筒内部热辐射对红外焦平面探测器的影响，提高其探测性能，在红外焦平面探测器的杜瓦中设计了冷光阑(cold shield)。而现有的用于红外焦平面成像的光学系统，在设计时仍沿用传统的红外光学系统的设计方案，仍是把孔径光阑放在物镜的内部或物镜的第一片透镜上。具体参见《红外光学系统设计》，赵秀丽编著，第364～366页，机械工业出版社1986年出版。这种设计方案并没有使红外焦平面探测器的性能达到预期的效果，杂散光和镜筒内部的热辐射仍会进入红外焦平面探测器，从而增加红外焦平面探测器的噪声，而来自目标的红外辐射却不能全部进入红外焦平面探测器，减小了目标的信号。这样，就会降低红外焦平面探测器的性能。

本发明的目的是提供一种在大相对孔径、大视场的情况下仍能得到良好像质，并且使红外焦平面探测器的冷光阑能抑制杂散光和镜筒内部热辐射，以保证红外焦平面探测器的良好性能的光学系统。

为叙述方便，先对本发明的附图说明如下：

图1是本发明一种用于红外焦平面成像的光学系统的结构示意图。图中示出了第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、杜瓦窗口4、孔径光阑5和红外焦平面探测器6。

图2是本发明的调制传递函数(MTF)曲线图。图中示出了本发明实施例0°视场、14°视场、20°视场和28°视场对空间频率0～20线对/毫米的MTF曲线以及作为比较的衍射极限的MTF曲线。

本发明的目的是这样来达到的：用于红外焦平面成像的光学系统从物方至像方按顺序由第一透镜、第二透镜、第三透镜、杜瓦窗口、孔径光阑和红外焦平面探测器组成。该光学系统以红外焦平面探测器的冷光阑作为其孔径光阑。来自物方的光束依次透过第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、杜瓦窗口4，穿过孔径光阑5，在红外焦平面探测器6上成像。三片透镜和杜瓦窗口采用两种不同的光学材料，以便消除色差，第一透镜1、第三透镜3和杜瓦窗口4由锗材料制成，第二透镜2为AMTIR1红外玻璃。三片透镜都是弯月透镜，第一透镜1和第三透镜3为正光焦度，弯向像方，第二透镜2为负光焦度，弯向物方，杜瓦窗口4为平行平板。锗的色散较小，AMTIR1红外玻璃的色散较大。负光焦度的第二透镜2采用色散较大的AMTIR1红外玻璃，产生的负色差可以抵消正光焦度的第一透镜1和第三透镜3所产生的正色差之和。

由于本发明的光学系统的孔径光阑和红外焦平面探测器的冷光阑在位置和大小上完全重合，即光学系统以红外焦平面探测器的冷光阑为其孔径光阑，使得通过光学系统的红外辐射全部进入红外焦平面探测器，有效地阻止了杂散光进入，从而充分发挥了冷光阑的效益，保证了红外焦平面探测器的良好性能。

本发明有如下积极效果：

本发明的光学系统的工作波段为7～11微米，相对孔径为1∶2，焦距为25毫米，视场为28°，像质接近衍射极限。

本发明人推荐如表1所示的实施例。

表1