[发明专利]红外光学系统及红外光学设备

说明书

技术领域

本发明涉及使用制冷型红外焦平面探测器的热像仪定焦距广角光学系统，属于红外光学技术领域。

背景技术

如图1所示，传统的制冷热像仪的红外光学系统100位于杜瓦瓶200之外。为了限制探测器的背景辐射噪声，光学系统的冷屏效率必须达到100％。通常采用光瞳传递设计技术，使得光学系统的出瞳与杜瓦瓶200内设置的冷屏所在位置重合，并控制光阑像差；也可以将孔径光阑置于杜瓦瓶200内。这往往使光学系统变复杂，尺寸变大，重量增加，成本上升。

由于光学系统100置于杜瓦瓶200的外面，光学系统100将在环境温度下工作。制冷热像仪的成像质量会因环境温度变化而发生变化。通常光学系统100需要采用主动或被动热补偿技术。这会增加相应的调整机构，这也使光学系统复杂化，尺寸变大，重量增加。

发明内容

本发明的目的在于提供红外光学系统，以解决上述的问题。

本发明提供了一种红外光学系统，该红外光学系统包括杜瓦瓶窗口1、第一透镜2、第二透镜3、孔径光阑4和第三透镜5。

优选地，除所述杜瓦瓶窗口外，所述第一透镜2、所述第二透镜3、所述孔径光阑4和所述第三透镜5均安装在杜瓦瓶内，所述杜瓦瓶的工作温度为77°K

优选地，第一透镜2设置有一个衍射面。

优选地，杜瓦瓶窗口1为球面透镜。

优选地，该红外光学系统还有一个热辐射挡板，热辐射挡板位于杜瓦瓶窗口1与第一透镜2之间。

优选地，第一透镜2、第二透镜3和第三透镜5的质量总和小于2.5克。

本发明还提供一种红外光学设备，包括上述的红外光学系统和杜瓦瓶，除所述杜瓦瓶窗口1外，所述第一透镜2、所述第二透镜3、所述孔径光阑4和所述第三透镜5均安装在杜瓦瓶内。

本发明的红外光学系统置于杜瓦瓶内，由于杜瓦瓶内的温度为恒定低温，使得光学组件工作在恒定的低温下，因此系统的成像质量不受外界环境温度的影响，从而降低了光学系统的复杂性，减少了光学系统的尺寸和重量。

附图说明

图1是传统的在杜瓦瓶外的红外光学系统结构示意图；

图2是本发明提供的光学系统的光路示意图；

图3是本发明提供的光学系统的多色光线的光学传递函数示意图；

图4是本发明提供的光学系统的点列图，其中方框的尺寸为15μm×15μm；

图5是本发明提供的光学系统在视场中心的点扩散函数，其中λ＝3.7-4.8μm，Strehl系数＝0.969；

图6是本发明提供的光学系统在最大视场的点扩散函数，其中λ＝3.7-4.8μm，Strehl系数＝0.974；

图7是本发明提供的光学系统在视场中心的波前差，其中波差的p-v值为0.0854λ，波差的均方根值为0.0276λ，λ＝4μm；

图8是本发明提供的光学系统在最大视场的波前差，波差的p-v值为0.2274λ，波差的均方根值为0.0322λ，λ＝4μm；

图9是本发明提供的光学系统的相对照度；

图10是本发明提供的光学系统的能量集中度；

图11是本发明提供的光学系统的Strehl系数与视场的关系；

图12是本发明提供的光学系统的Strehl系数与波长的关系。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

由图2，在本发明的实施例中提供了一种红外光学系统，它安装在杜瓦瓶内，所以红外光学系统的工作温度恒定。

本发明提供的红外光学系统，可以置于杜瓦瓶内的有限空间，使它工作在恒定的低温下，为77°K。在恒定的低温下工作的红外光学系统不再需要进行复杂的温度补偿设计，这不仅仅简化了光学系统，降低了成本，还提高了光学系统的成像质量和可靠性。

红外光学系统包括：依次设置的杜瓦瓶窗口1、第一透镜2、第二透镜3、孔径光阑4和第三透镜5。

在实际应用中，杜瓦瓶窗口1半径的选择原则是使各个视场光线的入射角尽可能地小。这不仅有利于杜瓦瓶窗口1上高强增透膜膜系设计和工艺控制，而且也是减小固定和随机图像噪声所必需的。

第一透镜2远离第二透镜3的一侧面设置有一衍射面，通过该衍射面来平衡红外光学系统的像差。

杜瓦瓶窗口1为球面透镜，传统的杜瓦瓶窗口不再适用，因为广角镜头的边缘视场光线在窗口的入射角会变得很大，这使增透膜系的设计困难，因此将杜瓦瓶窗口1设计成球面透镜，便于增透膜系的设计。