一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统的制作方法

本发明一般涉及光学系统设计，具体涉及一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统。

背景技术：

1、普通的广角光学系统一般将透镜相对于光阑呈对称型构造。根据几何像差理论，此时光学系统的部分像差无需校正，即可自动消除，只需校正球差、像散、场曲即可。典型的对称型光学系统如双高斯型结构，该类型结构有利于光学系统实现大视场和大相对孔径，同时还可以将系统包络做到相对紧凑。

2、但在红外制冷型超广角光学系统领域中，由于制冷型红外探测器为了减少背景噪声，在其杜瓦内部设置了冷光阑，这也就导致了红外制冷型超广角光学系统无法和普通的广角光学系统一样采用对称型结构，那么像差校正也就相对困难，所以亟需一种可校正系统像差、提高成像质量的超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种像差可校、成像清晰、分辨率高的超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统。

2、本发明提供一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，所述光学系统包括：

3、根据本发明实施例提供的技术方案，沿物方到像方的方向依次设置有光线汇聚组、热离焦补偿组以及像差校正组，且三者同光轴设置；

4、所述光线汇聚组包括：第一透镜和第二透镜；所述光学汇聚组用于将物方光线汇聚至所述热离焦补偿组中；

5、所述热离焦补偿组包括：第三透镜和第四透镜，且所述第三透镜位于所述第二透镜远离所述第一透镜的一侧；所述热离焦补偿组用于补偿像面偏移量；

6、所述像差校正组包括：第五透镜和第六透镜，且所述第五透镜位于所述第四透镜远离所述第三透镜的一侧；所述像差校正组用于校正所述光学系统产生的像差。

7、根据本发明实施例提供的技术方案，在所述光线汇聚组中，所述第一透镜和所述第二透镜沿物方到像方的方向依次设置；

8、所述第一透镜靠近所述物方的镜面为凸面，其靠近所述像方的镜面为凹面；所述第二透镜靠近所述物方的镜面以及靠近所述像方的镜面均为凹面。

9、根据本发明实施例提供的技术方案，在所述热离焦补偿组中，

10、所述第三透镜和所述第四透镜均为硫系材料；

11、所述第三透镜靠近所述第二透镜的镜面以及靠近所述第四透镜的镜面均为凹面；所述第四透镜靠近所述第三透镜的镜面以及靠近所述第五透镜的镜面均为凸面。

12、根据本发明实施例提供的技术方案，在所述像差校正组中，

13、所述第五透镜靠近所述第四透镜的镜面以及靠近所述第六透镜的镜面均为凹面；所述第六透镜靠近所述第三透镜的镜面以及靠近所述像方的镜面均为凸面。

14、根据本发明实施例提供的技术方案，所述第一透镜与所述第五透镜的热膨胀系数均为2.62×10-6/℃；

15、所述第二透镜与所述第六透镜的热膨胀系数均为6×10-6/℃；

16、所述第三透镜的热膨胀系数为20.9×10-6/℃；

17、所述第四透镜的热膨胀系数为20.7×10-6/℃。

18、根据本发明实施例提供的技术方案，所述第一透镜、所述第三透镜以及所述第六透镜靠近所述物方的镜面均采用偶次非球面；

19、所述非球面的面型方程为：

20、其中，z表示为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c表示为表面的顶点曲率，k表示为圆锥系数，α2、α3、α4以及α5表示为非球面系数。

21、根据本发明实施例提供的技术方案，以指向所述物方的方向为正，所述第一透镜的凸面的曲率半径为39.6mm，其凹面的曲率半径为22.82mm；所述第一透镜的径厚比为20；

22、所述第二透镜靠近所述第一透镜一侧的凹面的曲率半径为-455mm，且其另一所述凹面的曲率半径约为181.2mm；所述第二透镜的径厚比为5.28；

23、所述第三透镜靠近所述第二透镜一侧的凹面的曲率半径为-360mm，且其另一所述凹面的曲率半径为620mm；所述第三透镜的径厚比为14；

24、所述第四透镜靠近所述第三透镜一侧的凸面的曲率半径为230mm，且其另一所述凸面的曲率半径为-88mm；所述第四透镜的径厚比为6.5；

25、所述第五透镜靠近所述第四透镜一侧的凹面的曲率半径为-92mm，且其另一所述凹面的曲率半径为450mm；所述第五透镜的径厚比为4.7；

26、所述第六透镜靠近所述第五透镜一侧的凸面的曲率半径为157mm，且其另一所述凸面的曲率半径为-57mm；所述第六透镜的径厚比为3.7。

27、根据本发明实施例提供的技术方案，所述光学系统还包括：探测器组件，所述探测器组件用于采集成像信息；

28、所述探测器组件包括探测器窗口以及冷光阑；所述冷光阑与所述光学系统中的孔径光阑重合。

29、根据本发明实施例提供的技术方案，所述光学系统遵循如下参数设计条件：

30、光焦度分配条件：

31、消色差条件：

32、消热差条件：

33、其中，φ为系统总光焦度；hi为第一近轴光线在各镜组的入射高度；φi、vi为各镜的光焦度和阿贝数；xi为各镜组的线膨胀系数；αh镜筒的线膨胀系数；l为机械结构的总长度。

34、根据本发明实施例提供的技术方案，所述光学系统的镜筒材料为铝合金材料，且其膨胀系数为23.6×10-6/℃的铝合金。

35、综上所述，本技术方案具体地公开了一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，其特征在于，所述光学系统包括：沿物方到像方的方向依次设置有光线汇聚组、热离焦补偿组以及像差校正组，且三者同光轴设置；所述光线汇聚组包括：第一透镜和第二透镜；所述光学汇聚组用于将物方光线汇聚至所述热离焦补偿组中；所述热离焦补偿组包括：第三透镜和第四透镜，且所述第三透镜位于所述第二透镜远离所述第一透镜的一侧；所述热离焦补偿组所述热离焦补偿组用于补偿像面偏移量；所述像差校正组包括：第五透镜和第六透镜，且所述第五透镜位于所述第四透镜远离所述第三透镜的一侧；所述像差校正组用于校正所述光学系统产生的像差。

36、现有的普通广角光学系统一般将透镜相对于光阑呈对称型构造，根据几何像差理论，此时光学系统的部分像差无需校正。但针对于红外制冷型超广角光学系统而言，由于其在杜瓦内部设置了冷光阑，所以无法采用对称型结构，导致像差校正也就相对困难。因此，基于使用需求，本发明设计由光线汇聚组、热离焦补偿组和像差校正镜组构成的超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，该系统能够实现在红外制冷型超广角光学领域下的像差校正，进而提高成像质量。

技术特征：

1.一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，其特征在于，所述光学系统包括：沿物方到像方的方向依次设置有光线汇聚组、热离焦补偿组以及像差校正组，且三者同光轴设置；

2.根据权利要求1所述的一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，其特征在于，在所述光线汇聚组中，所述第一透镜(101)和所述第二透镜(201)沿物方到像方的方向依次设置；

3.根据权利要求2所述的一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，其特征在于，在所述热离焦补偿组中，

4.根据权利要求3所述的一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，其特征在于，在所述像差校正组中，

5.根据权利要求4所述的一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括：探测器组件(400)，所述探测器组件(400)用于采集成像信息；

9.根据权利要求1所述的一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，其特征在于，所述光学系统遵循如下参数设计条件：

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，其特征在于，所述光学系统的镜筒材料为铝合金材料，且其膨胀系数为23.6×10-6/℃的铝合金。

技术总结本发明公开了一种超广角无热化紧凑型中波制冷光学系统，涉及光学系统设计技术领域，光学系统包括：沿物方到像方的方向依次设置有光线汇聚组、热离焦补偿组以及像差校正组，且三者同光轴设置；光线汇聚组包括：第一透镜和第二透镜；光学汇聚组用于将物方光线汇聚至热离焦补偿组中；热离焦补偿组包括：第三透镜和第四透镜，且第三透镜位于第二透镜远离第一透镜的一侧；热离焦补偿组热离焦补偿组用于补偿像面偏移量；像差校正组包括：第五透镜和第六透镜，且第五透镜位于第四透镜远离第三透镜的一侧，该系统能够实现在红外制冷型超广角光学领域下，对系统成像过程中产生的像差进行修正，进而提高成像质量。技术研发人员：李文轩,路文灿,李笑天受保护的技术使用者：河北蓝思泰克光电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12