[发明专利]光学系统和红外热像仪

说明书

本申请涉及一种光学系统和红外热像仪，光学系统包括沿光路方向依次设置的望远镜组、振镜、成像镜组、探测器保护窗、探测器冷光阑和焦面，光学系统孔径光阑与探测器冷光阑位置重合；望远镜组包括弯月正透镜A、弯月正透镜B及弯月负透镜C，成像镜组包括弯月正透镜D、弯月负透镜E及弯月正透镜F；弯月正透镜A、弯月正透镜B及弯月负透镜C的出射面为非球面，弯月正透镜D的入射面、出射面为非球面，弯月负透镜E、弯月正透镜F的入射面为非球面；弯月正透镜A、弯月正透镜D、弯月正透镜F的出射面为衍射面。本申请采用衍射光学元件和折射光学元件结合的折衍混合系统结构，透镜数量少，可提高成像质量和透过率。

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其是涉及一种光学系统和红外热像仪。

背景技术

红外热像仪主要是由光学系统、探测器组件、信息处理组件和补偿镜组件等组成，光学系统是红外热像仪中极为重要的组成部分，由于红外热像仪需要拥有高灵敏度、高性能的特征，光学系统应该具有以下特点：在回扫过程中成像质量高、透镜数量少、透过率高、冷光阑效率高、光路布局要满足设计要求，以确保整体设计，满足在要求温度范围内的热补偿设计。而现有的红外热像仪存在镜片数量多、成像质量低、透过率低的缺点。

发明内容

为了在不降低分辨率的情况下，提高成像质量和透过率，同时减少透镜数量，本申请提供一种光学系统和红外热像仪。

本申请提供的一种光学系统和红外热像仪采用如下的技术方案：

第一方面，一种光学系统，包括沿光路方向依次设置的望远镜组、振镜、成像镜组、探测器保护窗、探测器冷光阑和焦面；光学系统孔径光阑与所述探测器冷光阑位置重合，所述振镜位于所述望远镜组的出瞳处；

所述望远镜组包括沿入射光路依次设置的弯月正透镜A、弯月正透镜B及弯月负透镜C，所述成像镜组包括沿出射光路依次设置的弯月正透镜D、弯月负透镜E及弯月正透镜F；

所述弯月正透镜A的出射面、所述弯月正透镜B的出射面及所述弯月负透镜C的出射面为非球面，所述弯月正透镜D的入射面及出射面为非球面，所述弯月负透镜E的入射面及所述弯月正透镜F的入射面为非球面；所述弯月正透镜A的出射面、所述弯月正透镜D的出射面及所述弯月正透镜F的出射面为衍射面。

通过采用上述技术方案，各透镜的非球面和衍射面是根据MTF图像进行配置的，透镜中加入高阶非球面，可更好地校正像差；透镜中加入衍射面，可更好地校正红外光学系统的色差和减小红外光学系统的热差；采用衍射光学元件和折射光学元件结合的折衍混合系统结构，具有很好的消热差特性，在不降低分辨率的情况下，可提高成像质量和透过率。振镜的设置，用来弥补在高速转台上运动时像质的变化；采用二次成像的结构形式形成扫描型光学系统，实现光学扫描，扩大搜索跟踪视场。光学系统中只用了六片透镜，具有结构简单，体积小，重量轻的优点；结构简单容易制作，能有效降低生产成本。

可选的，所述望远镜组与所述振镜之间的空气间隔和所述振镜与所述成像镜组之间的空气间隔之和为43.32mm；所述望远镜组中所述弯月正透镜A与所述弯月正透镜B之间的空气间隔为59.13mm，所述弯月正透镜B与所述弯月负透镜C之间的空气间隔18.78mm，所述弯月负透镜C与所述振镜之间的空气间隔为23.16mm，所述振镜与所述弯月正透镜D之间的空气间隔为20.16mm，所述弯月正透镜D与所述弯月负透镜E之间的空气间隔为30.2mm，所述弯月负透镜E与所述弯月正透镜F之间的空气间隔为34.16mm。

通过采用上述技术方案，在产品尺寸限制的前提下，根据初级像差理论计算出满足当前包络要求和成像质量的间隔距离最优值，光学系统结构紧凑，光学系统的成像质量良好。

可选的，所述振镜与光轴倾斜45°设置。

通过采用上述技术方案，保证光线被反射至成像镜组，折叠光路，提高空间利用率。

可选的，所述光学系统的工作波段为3.7—4.8μm，光圈F数为2。