[实用新型]一种大光圈无衍射面卡塞格林式镜头

说明书

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，涉及一种用于长波非制冷探测器的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头。

背景技术

卡塞格林系统具有大口径、短总长、方便无热化设计、容易与短波红外激光系统融合等优异特性，较多的应用于航天和军事领域。由于支撑结构件和次镜结构件的遮挡，常规卡塞格林系统光圈较小，造成此类镜头热源成像灵敏度的下降。另一方面，衍射面的使用会降低镜头能量透过率，降低系统温差灵敏度，并且增加镜头加工难度和成本。设计一种大光圈无衍射面的卡塞格林系统的任务亟待解决。

实用新型内容

本实用新型提供了一种大光圈无衍射面卡塞格林式镜头，主镜口径122mm，压缩了次反射镜口径，F数高达0.89。透射系统使用4片透射镜片纠正像差，未使用衍射面，提升了镜头热成像灵敏度，降低了镜头加工难度和成本。

要解决的技术问题是提供一种F数为0.89，光学总长短，体积小，装调方便、成像质量高的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头。其工作波段为8～12微米，焦距为100mm，适配分辨率为640x512，像元大小17微米的非制冷探测器，光学系统总长118.5mm。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种大光圈无衍射面卡塞格林式镜头，由物方到像方依次包括，球罩、次反射镜、主反射镜、透射成像组以及探测器部分；

所述球罩无光焦度，为一片凸面朝向物方的等厚球面球罩；

所述次反射镜为一片非球面铝质反射镜，通光口径44mm。

所述主反射镜，为一片非球面铝质反射镜，外圆口径112mm，内孔口径为48mm。

所述透射成像组具有正光焦度，包括由物方到像方的四片镜片。第一片镜片为双凹锗镜片，第二片为凸面朝向像方的硒化锌正透镜，第三片为凸面朝向物方的硫化锌负透镜，第四片为凸面朝向物方的锗正透镜。四片镜片各有一面为非球面。

在所述透射成像组与像方空间之间为长波非制冷探测器部分，包括保护窗口和像面。

所述镜头的水平视场角范围为：2w＝6.2°。

所述镜头满足如下参数：

所述镜头的有效焦距EFL＝100mm，F数＝0.89，光学系统总长＝118.5mm，适配探测器分辨率640×480，像元大小17μm。镜头全视场平均在23lp/mm处MTF>0.4。

所述镜头的镜片中的非球面满足下列表达式：

其中z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表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，α₂、α₃、α₄、α₅、α₆为高次非球面系数。

本实用新型的有益效果为：光圈F＝0.89，光学系统总长为118.5mm，主镜外圆口径112mm，内孔口径为48mm，次镜通光口径为44mm，结构紧凑。有效地压缩了次镜面积，减小对光束的遮挡。透射成像系统有4片透镜，未使用衍射面，这样可以更好的消除大口径主镜和大视场带来的像差，提升系统公差敏感度。镜头全视场在23lp/mm处MTF>0.4，接近系统衍射极限。

附图说明

图1是本实用新型提供的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头的光学系统图；

图2是本实用新型提供的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头在20°环境下的点列图；

图3是本实用新型提供的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头20°环境下的光学传递函数图(截止分辨率为23lp/mm)；

图4是本实用新型提供的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头20°环境下的象散畸变图；

图5是本实用新型提供的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头在-40°环境下的点列图；

图6是本实用新型提供的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头-40°环境下的光学传递函数图(截止分辨率为23lp/mm)；

图7是本实用新型提供的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头-40°环境下的象散畸变图；

图8是本实用新型提供的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头在60°环境下的点列图；

图9是本实用新型提供的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头60°环境下的光学传递函数图(截止分辨率为23lp/mm)；

图10是本实用新型提供的大光圈无衍射面卡塞格林式镜头60°环境下的象散畸变图；