一種紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)是紅外目標(biāo)模擬系統(tǒng)中的一個(gè)必需的設(shè)備，如圖1所示，紅外 準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的作用是收集來自目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的輻射，并將該輻射進(jìn)行準(zhǔn)直處理，然 后將經(jīng)過準(zhǔn)直的圖像投射到被測(cè)紅外系統(tǒng)中，從而模擬來自無窮遠(yuǎn)處的目標(biāo)/背景產(chǎn)生器 的紅外場(chǎng)景。目前，紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)大多適用于出瞳距較短，口徑不大，對(duì)被測(cè)紅外系統(tǒng) 無特殊要求的情況。所以，一些學(xué)者對(duì)紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，關(guān)英姿 等人設(shè)計(jì)了大出瞳距的紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，但其視場(chǎng)小，適用于對(duì)小視場(chǎng)的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行 檢測(cè)，而潘洪濤等人設(shè)計(jì)的紅外準(zhǔn)直系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)大出瞳距，但其光學(xué)原理決定了該紅外準(zhǔn) 直系統(tǒng)的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且不易實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)工作距離。目前，為提高系統(tǒng)靈敏度，非制冷紅外光學(xué)系 統(tǒng)均向大視場(chǎng)、大口徑、小F數(shù)方向發(fā)展，針對(duì)視場(chǎng)角為45°左右的大視場(chǎng)紅外成像裝置進(jìn) 行測(cè)試的紅外準(zhǔn)直系統(tǒng)還未見相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，用以解決傳統(tǒng)的紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng) 不能對(duì)大視場(chǎng)的紅外成像裝置進(jìn)行檢測(cè)的問題。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)由三 片同軸設(shè)置的透鏡組成，且第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡逐個(gè)遠(yuǎn)離目標(biāo)/背景產(chǎn)生器設(shè) 置，其中，第一透鏡為凸面背向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形正透鏡，第二透鏡為凸面朝向目 標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形負(fù)透鏡，第三透鏡為凸面背向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形正透鏡； 所述光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)為：波長(zhǎng)：8~13 μ m，出瞳直徑：25mm，出瞳距離：50mm，視 場(chǎng)：46。 。
[0005] 所述第一透鏡的材料為單晶鍺，第二透鏡的材料為硫化鋅，第三透鏡的材料為單 晶錯(cuò)。
[0006] 所述第一透鏡中的靠近目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的表面為球面，遠(yuǎn)離目標(biāo)/背景產(chǎn)生器 的表面為非球面；第二透鏡的兩個(gè)表面均為球面；第三透鏡中的靠近目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的 表面為非球面，遠(yuǎn)離目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的表面為球面。
[0007] 所述第二透鏡和第三透鏡的口徑相同。
[0008] 所述第一透鏡的口徑為73mm，第二透鏡和第三透鏡的口徑均為80mm。
[0009] 所述第一透鏡中的球面的曲率半徑為-48. 63mm，所述第一透鏡的非球面的曲率半 徑為-45. 62mm ;所述第二透鏡中的靠近目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的表面的曲率半徑為91. 04mm，所 述第二透鏡中的遠(yuǎn)離目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的表面的曲率半徑為77. 21mm ;所述第三透鏡中的 非球面的曲率半徑為-107. 38mm，所述第三透鏡中的球面的曲率半徑為-82. 24mm。
[0010] 所述第一透鏡的厚度為12_，所述第一透鏡與第二透鏡的間隔為22. 9mm ;所述第 二透鏡的厚度為5mm，所述第二透鏡與第三透鏡的間隔為20. 72mm ;所述第三透鏡的厚度為 10. 05mm，所述第三透鏡與所述準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)出瞳的間隔為50mm。
[0011] 本發(fā)明提供的紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)由三片同軸設(shè)置的透鏡組成，分別為凸面背向目 標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形正透鏡，凸面朝向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形負(fù)透鏡和凸面背向 目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形正透鏡。整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)僅由三片透鏡組成，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，占用 的空間較小，對(duì)目標(biāo)/背景產(chǎn)生器產(chǎn)生的輻射在不同視場(chǎng)都以平行光束向外輻射，通過該 準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)⒛繕?biāo)/背景產(chǎn)生器的輻射進(jìn)行準(zhǔn)直，并將經(jīng)過準(zhǔn)直的圖像投射到被測(cè) 紅外系統(tǒng)中，能夠針對(duì)視場(chǎng)角小于45°的大視場(chǎng)被測(cè)紅外系統(tǒng)進(jìn)行有效地檢測(cè)。
【附圖說明】
[0012] 圖1是紅外目標(biāo)模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3是準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)場(chǎng)曲畸變圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0016] 如圖2所示，一種紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)采用三片式結(jié)構(gòu)，從目標(biāo) /背景產(chǎn)生器1自左向右依次設(shè)有具有正光焦度的彎月形透鏡2、具有負(fù)光焦度的彎月形透 鏡3和具有正光焦度的彎月形透鏡4 (也即彎月形透鏡2、彎月形透鏡3和彎月形透鏡4逐 個(gè)遠(yuǎn)離目標(biāo)/背景產(chǎn)生器1設(shè)置）。彎月形透鏡2為凸面背向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形 正透鏡，彎月形透鏡3為凸面朝向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形負(fù)透鏡，彎月形透鏡4為凸面 背向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形正透鏡。
[0017] 在本實(shí)施例中，彎月形正透鏡2厚度為12mm，彎月形負(fù)透鏡3的厚度為5mm，彎月 形正透鏡4的厚度為10. 05mm，目標(biāo)/背景產(chǎn)生器1與彎月形正透鏡2的間隔為23mm ;彎月 形正透鏡2與彎月形負(fù)透鏡3的間隔為22. 9mm ;彎月形負(fù)透鏡3與彎月形正透鏡4的間隔 為20. 72mm ;彎月形正透鏡4與準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)出瞳的間隔為50mm。
[0018] 在本實(shí)施例中，紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)如下：波長(zhǎng)：8μπι~13 μπι ;出 瞳直徑：25mm ;出瞳距離：50mm ;視場(chǎng)：46。。
[0019] 在本實(shí)施例中，透鏡2的口徑為73mm，透鏡3和透鏡4的口徑均為80mm。透鏡3 和透鏡4的口徑相同，使整個(gè)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)簡(jiǎn)單，降低系統(tǒng)的裝調(diào)難度，具體參數(shù)見表 1〇
[0020] 其中，透鏡2采用單晶鍺材料，透鏡3采用硫化鋅材料，透鏡4采用單晶鍺材料。透 鏡2中靠近目標(biāo)/背景產(chǎn)生器1的表面為球面，遠(yuǎn)離目標(biāo)/背景產(chǎn)生器1的表面為非球面； 透鏡3的兩個(gè)表面均為球面；透鏡4中靠近目標(biāo)/背景產(chǎn)生器1的表面為非球面，遠(yuǎn)離目標(biāo) /背景產(chǎn)生器1的表面為球面。透鏡2和透鏡4中均有一個(gè)表面采用非球面是為了改善像 質(zhì)。而且非球面采用CODE V軟件中的Asphere面型，方程為：
[0022] 其中，c為曲率，r為垂直光軸方向的徑向坐標(biāo)，K為二次曲線常數(shù)，A為四階非球 面系數(shù)、B六階非球面系數(shù)、C為八階非球面系數(shù)、D為十階非球面系數(shù)。
[0023] 表 1
[0025] 圖3為準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)場(chǎng)曲畸變圖。
[0026] 對(duì)目標(biāo)/背景產(chǎn)生器1產(chǎn)生的輻射在不同視場(chǎng)都以平行光束向外輻射，準(zhǔn)直光學(xué) 系統(tǒng)的光學(xué)全視場(chǎng)為46°。為了使該準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)與被測(cè)紅外成像裝置相互匹配，準(zhǔn)直光 學(xué)系統(tǒng)的光闌6 (即該準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的出瞳6)設(shè)計(jì)為在彎月形正透鏡4之后50mm處，而被 測(cè)紅外成像裝置的入瞳位置距該被測(cè)紅外成像裝置的光學(xué)鏡頭外表面的距離約45mm，所以 在測(cè)試時(shí)，將準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)放在被測(cè)紅外成像裝置前面約5_處，也即被測(cè)紅外成像裝置 的前表面5距準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)中的彎月形正透鏡4的距離約為5mm，使準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的出瞳與 被測(cè)紅外成像裝置的入瞳重合，保證目標(biāo)/背景產(chǎn)生器1發(fā)出的不同視場(chǎng)出射的光線都能 進(jìn)入被測(cè)紅外成像裝置。
[0027] 以上給出了具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。本發(fā)明的基 本思路在于上述基本方案，其并不局限于該實(shí)施例中的具體的參數(shù)。說在不脫離本發(fā)明的 原理和精神的情況下對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)由三片同軸設(shè)置的透鏡組成，且 第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡逐個(gè)遠(yuǎn)離目標(biāo)/背景產(chǎn)生器設(shè)置，其中，第一透鏡為凸面背 向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形正透鏡，第二透鏡為凸面朝向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形負(fù) 透鏡，第三透鏡為凸面背向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形正透鏡；所述光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù) 指標(biāo)為：波長(zhǎng)：8~13 Ii m，出瞳直徑：25mm，出瞳距離：50mm，視場(chǎng)：46° 〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡的材料為單 晶鍺，第二透鏡的材料為硫化鋅，第三透鏡的材料為單晶鍺。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡中的靠近目 標(biāo)/背景產(chǎn)生器的表面為球面，遠(yuǎn)離目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的表面為非球面；第二透鏡的兩個(gè)表 面均為球面；第三透鏡中的靠近目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的表面為非球面，遠(yuǎn)離目標(biāo)/背景產(chǎn)生器 的表面為球面。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二透鏡和第三透鏡 的口徑相同。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡的口徑為 73mm，第二透鏡和第三透鏡的口徑均為80mm。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡中的球面的 曲率半徑為-48. 63mm，所述第一透鏡的非球面的曲率半徑為-45. 62mm ;所述第二透鏡中的 靠近目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的表面的曲率半徑為91. 04_，所述第二透鏡中的遠(yuǎn)離目標(biāo)/背景產(chǎn) 生器的表面的曲率半徑為77. 21mm ;所述第三透鏡中的非球面的曲率半徑為-107. 38mm，所 述第三透鏡中的球面的曲率半徑為-82. 24_。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡的厚度為 12mm，所述第一透鏡與第二透鏡的間隔為22. 9mm ;所述第二透鏡的厚度為5mm，所述第二透 鏡與第三透鏡的間隔為20. 72mm ;所述第三透鏡的厚度為10. 05mm，所述第三透鏡與所述準(zhǔn) 直光學(xué)系統(tǒng)出瞳的間隔為50mm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，由三片同光軸設(shè)置的透鏡組成，且第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡逐個(gè)遠(yuǎn)離目標(biāo)/背景產(chǎn)生器設(shè)置，第一透鏡為凸面背向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形正透鏡，第二透鏡為凸面朝向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形負(fù)透鏡，第三透鏡為凸面背向目標(biāo)/背景產(chǎn)生器的彎月形正透鏡；該光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)為：波長(zhǎng)：8～13μm，出瞳直徑：25mm，出瞳距離：50mm，視場(chǎng)：46°。整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，占用的空間較小，通過該光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)⒛繕?biāo)/背景產(chǎn)生器的輻射進(jìn)行準(zhǔn)直，并將經(jīng)過準(zhǔn)直的圖像投射到被測(cè)紅外系統(tǒng)中，能夠針對(duì)視場(chǎng)角小于45°的大視場(chǎng)被測(cè)紅外系統(tǒng)進(jìn)行有效地檢測(cè)。
【IPC分類】G02B27/30, G01M11/02
【公開號(hào)】CN105043725
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510551129
【發(fā)明人】吳海清, 田海霞, 崔莉, 李同海, 趙新亮
【申請(qǐng)人】凱邁（洛陽）測(cè)控有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年9月1日