[发明专利]一种低畸变大相对孔径制冷型无热化红外广角光学系统

说明书

本发明属于一种红外光学领域，特别是公开了一种低畸变大相对孔径制冷型无热化红外广角光学系统，包括从物面到焦面依次同轴固联排列设置的前固定镜组、像差校正组和探测器；探测器包括从物面至焦面光轴方向依次排列的探测器保护窗、探测器冷阑和焦面，光学系统孔径光阑与探测器冷阑位置重合；前固定镜组为单透镜结构，由第一负透镜组成，材料为硅；像差校正组为三分离透镜组，从物面至焦面光轴方向依次同轴为第一正透镜、第二负透镜和第二正透镜材料为硫系材料，本发明光学系统采用普通红外光学材料，可实现对中波红外波段范围的优良成像，能够对与大视场大孔径化相伴而生的像差良好地进行校正，易于制造、成像品质高、稳定性好。

技术领域

本发明属于一种红外光学领域，特别是涉及一种大相对孔径制冷型无热化红外广角光学系统，具备光学被动消热差功能。

背景技术

红外广角光学系统在森林防火、公安边防、区域监控、态势感知等方面占有重要而不可替代的地位，但大视场角不可比避免地会导致光学系统轴外像差校正困难，像面边缘照度降低，而且，为了保证整个系统的光阑效率，适配制冷型红外探测器的广角光学系统还需与探测器冷阑匹配，以实现优良的杂光抑制。另一方面，由于红外光学材料较大的温度折射率系数，使得红外光学系统性能极易受环境温度变化的影响，发生离焦，降低成像质量，因此，为提高该类设备的可靠性，还要求红外广角光学系统具备光学无热化功能。因此，设计出更大相对孔径的制冷型无热化红外广角光学系统难度较大。

现有一些文献资料公开的制冷型红外广角光学系统，例如，美国专利US5502592，公开了一种具有超半球视场的红外鱼眼光学系统，针对中波红外和长波红外不同波段，视场角可达270°，但不具备无热化功能，且所述光学系统随着视场的增大， f-theta畸变变得严重。另美国专利US6989537 B2和US 2009/0212219 A1也给出了类似鱼眼光学系统，也未实现无热化。

中国专利CN 105044887 B，公开了一种制冷型大相对孔径超广角红外光学系统，采用反摄远结构，一定程度上压缩了光学系统体积尺寸，光学系统F数为2.0，全视场角约120°，但未实现无热化。

中国专利CN 106680969B，公开了一种大视场红外光学系统，所述光学系统采用5片透镜，全视场为127°，实现了-40℃~+60℃宽温范围的光学被动无热化，采用了一次成像结构，设计F数为2。另外，中国专利CN 110161663B采用5片透镜实现了±102°的视场以及光学被动无热化，但均难以实现更大的相对孔径。

2012年，刊载于中国期刊《光学学报》第32卷第8期，题为《高分辨率制冷型中波广角红外成像系统的光学设计》的文献，报道了一种制冷型中波红外广角光学系统。所述光学系统针对640×512 15μm探测器，工作波段为3.7μm~4.8μm，全视场111.2°，f-theta畸变优于0.5%，实现了-55℃~+80℃宽温范围的光学被动无热化，但所述光学系统采用了二次成像结构，设计F数为2，难以实现更大成像视场和相对孔径。

2014年，刊载于中国期刊《红外与激光工程》第43卷第10期，题为《双波段消热差红外鱼眼光学系统设计》的文献也公开了一种全视场196°，工作波段为4.4μm~5.4μm和7.8~8.8 μm的光学系统，实现了-40℃~+60℃宽温范围的光学被动无热化，采用了二次成像结构，设计F数为2.68，总长达189.7mm，同样难以实现光学系统的大相对孔径化和小型化。

发明内容

为了解决现有制冷型红外广角光学系统或未实现无热化、或成像畸变大、或相对孔径小、或难以小型化的问题，本发明提供了一种低畸变大相对孔径制冷型无热化红外广角光学系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：