[发明专利]一种宽波段红外光学系统

说明书

本发明涉及一种宽波段红外光学系统，该光学系统沿光轴由物方到像方依次设置正光焦度弯月形透镜L1、负光焦度弯月形透镜L2、正光焦度弯月形透镜L3、滤光片、探测器保护窗口、光阑和像面；所述正光焦度弯月形透镜L1的前表面为非球面，负光焦度弯月形透镜L2的前表面为衍射面，其他透镜表面为球面；负光焦度弯月形透镜L2采用硫系玻璃材料，其他光学元件为硫化锌。本发明结构简单且易于装调，成像质量优良，能较好的校正色差和其它单色像差，畸变小，能实现100％冷光阑效率。

技术领域

本发明属于成像光学系统设计技术领域，具体涉及一种宽波段红外光学系统。

背景技术

国内外对宽波段红外光学系统的设计，其工作波段主要覆盖3～12μm的中长波光谱范围内，很少涉及到1～5μm这个中短波光谱区域。短波红外中，1～1.3μm、1.5～1.8μm、2.0～2.4μm都是大气的光谱透过区域。锑化铟(InSb)红外焦平面探测器能在1～5μm光谱区域有较好的响应。InSb稳定性好，性能不随工作时间和存储时间发生变化，InSb也易于制作大规模阵列，阵列均匀性好也是其优点之一。中短波红外光学系统常用于多光谱/宽光谱成像、激光探测、天文观测、医疗检测等领域。

对于工作在1～5μm波段内的光学系统，色差校正非常困难，常用的可选材料仅有Amtir1、CaF₂、CsI、MgO、Sapphire以及ZnS。其中CaF₂、CsI等的理化性质不稳定，虽然MgO理化特性较好但是价格昂贵。国内外报道的中短波红外光学系统，为了校正色差以及其它单色像差，往往同时使用三种以上的光学材料，镜片数量较多，结构较为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种宽波段红外光学系统，该光学系统的工作波段覆盖红外短波、中波光谱区域，仅用两种材料就能校正宽波段范围内的色差，结构简单、易于装调，成像质量优良。

为了解决上述技术问题，本发明的宽波段红外光学系统沿光轴由物方到像方依次设置正光焦度弯月形透镜L1、负光焦度弯月形透镜L2、正光焦度弯月形透镜L3、滤光片、探测器保护窗口、光阑和像面；所述正光焦度弯月形透镜L1的前表面为非球面、后表面为球面；负光焦度弯月形透镜L2的前表面为衍射面、后表面为球面；正光焦度弯月形透镜L3的前后表面均为球面；光阑设置在探测器冷光阑处；正光焦度弯月形透镜L1、正光焦度弯月形透镜L3、滤光片、探测器保护窗口均采用硫化锌材料，负光焦度弯月形透镜L2采用硫系玻璃材料。

进一步，所述正光焦度弯月形透镜L1的前后表面曲率半径分别为76.97～79.04mm、221.65～241.59mm；负光焦度弯月形透镜L2的前后表面曲率半径分别为108.06～110.16mm、55.63～58.36mm；正光焦度弯月形透镜L3的前后表面曲率半径分别为-117.05～-105.10mm、-63.89～-61.12mm。

进一步，所述正光焦度弯月形透镜L1的中心厚度为9.0～9.1mm；负光焦度弯月形透镜L2的中心厚度为18.15～18.25mm；正光焦度弯月形透镜L3的中心厚度为5.45～5.52mm。

所述滤光片以及探测器保护窗口的中心厚度均为2.95～3.05mm。

进一步，所述正光焦度弯月形透镜L1与负光焦度弯月形透镜L2的中心空气间隔为2.35～2.45mm；负光焦度弯月形透镜L2与正光焦度弯月形透镜L3的中心空气间隔为23.85～23.95mm。

所述正光焦度弯月形透镜L3与滤光片的中心空气间隔为5.05～5.15mm；滤光片与探测器保护窗口的中心空气间隔为17.45～17.64mm；探测器保护窗口与光阑的中心空气间隔为13.25～13.32mm；光阑与像面的中心空气间隔为26.0mm。