[发明专利]一种大相对孔径长焦距非制冷红外无热化光学系统

说明书

一种大相对孔径长焦距非制冷红外无热化光学系统，在光线传播方向上设置于焦平面的前方，由同轴并列设置的主反射镜、次反射镜、第一正月牙形透镜、第二正月牙形透镜、折/衍混合透镜、活动透镜和第二负月牙形透镜组成。本发明采用卡式系统通过光线的多次反射来增长光程，进而实现光学系统的长焦化。其F^#：1；焦距：500mm；中心遮拦：≤0.3；光学总长与焦距比：≤0.64。通过二次成像，能够有效抑制杂散光对系统成像质量的影响。利用衍射元件具有负色散、负热膨胀系数的特点，通过折/衍混合元件光焦度的合理分配，降低了红外光学系统由于温度变化所引起的离焦量，同时与机械主动无热化相结合，实现系统在‑40℃至+60℃温度范围内的像面离焦补偿。

技术领域

本发明属于非制冷红外成像技术领域，具体涉及一种大相对孔径长焦距非制冷红外无热化光学系统。

背景技术

随着技术的发展进步，非制冷红外系统的像元尺寸不断减小、灵敏度不断提高，而其价格却逐步降低。此外，因其不需要制冷机，系统可靠性高、能够实现小型化，所以越来越广泛应用于安防监控、车载等领域。

然而，非制冷红外系统的温度分辨率较低、探测能力较差，为提高系统的温度分辨率和目标探测能力，要求红外光学系统具有大相对孔径和长焦距。

现有非制冷红外镜头的焦距较短，对目标的分辨能力较低且体积大、重量重。本发明在于提供一种大相对孔径长焦红外无热化光学系统，实现了大相对孔径、长焦距，同时能够在宽温度范围内进行成像的红外光学系统。

申请号为201510396800.4的中国专利申请文件中公开了一种大口径长焦距折反式非制冷红外成像系统，该系统未进行无热化设计。在实际应用中，温度变化时会引起红外光学元件的曲率、厚度、折射率发生变化，造成的系统离焦，使得红外光学系统的成像质量下降对于大孔径系统成像质量的影响尤为严重，甚至不能清晰成像。此外，该系统采用一次成像设计的方式不能有效抑制杂散光对光学系统成像的影响。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种大相对孔径的长焦红外光学系统，在系统体积不增大的情况下，采用卡式系统通过光线的多次反射来增长光程，进而实现光学系统的长焦化，利用二次成像，在减小系统前端口径的同时能够有效抑制杂散光对系统成像质量的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种大相对孔径长焦距非制冷红外无热化光学系统，在光线传播方向上设置于焦平面的前方，由同轴设置的卡式系统和二次成像系统组成，所述卡式系统包括并列设置的主反射镜和次反射镜，光线依次经过主反射镜和次反射镜的反射之后会聚到一次成像点上，所述二次成像系统将一次成像点成像在焦平面上，所述一次成像点位于主反射镜与次反射镜之间；在光线传播方向上，所述二次成像系统由前后同轴设置的第一正月牙形透镜、第二正月牙形透镜、折/衍混合透镜、活动透镜和负月牙形透镜组成。

优选地，第一正月牙形透镜和第二正月牙形透镜均弯向物方，活动透镜和负月牙形透镜均弯向像方。

优选地，所述折/衍混合透镜包括负月牙形的透镜本体，透镜本体弯向物方，透镜本体的出射面设置为非球面叠加衍射面。

优选地，所述非球面叠加衍射面的方程为：

其中c₅为曲率，r₅为垂直光轴方向的径向坐标，k₅为二次曲线常数，A₅为四阶非球面系数、B₅为六阶非球面系数、C₅为八阶非球面系数；HOR为衍射级次，C₁、C₂、C₃为衍射面系数，λ₀为设计中心波长。

优选地，所述主反射镜和次反射镜的材质为铝。