一種大口徑長焦距折返式紅外非制冷成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種非制冷成像系統(tǒng)，更具體的說，尤其涉及一種大口徑長焦距 折返式紅外非制冷成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于受制于目前的非制冷紅外焦平面探測器技術(shù)水平，溫度靈敏度不能像制冷型 紅外探測器那樣小，這里指出，目前非制冷型焦平面探測器的靈敏度一般在40mk-120mk之 間，大多數(shù)為50mk-80mk，而制冷型焦平面探測器要小于20mk。同時目前非制冷紅外探測器 主要是進口，國產(chǎn)非制冷探測器研制處于起步階段，同國外產(chǎn)品有較大差距，然而可以進口 到我國的非制冷紅外探測器性能卻與美國、法國等制造該產(chǎn)品的國家國內(nèi)使用的探測器有 差別，這里除了溫度靈敏度（NETD)外，還有盲元率，探測器均勻性等方面的差異。因此國內(nèi) 用于非制冷紅外熱像儀系統(tǒng)的紅外鏡頭為了增加進光量，一般F數(shù)比較小。一般在1. 2以 下，有的甚至會達到〇. 8、0. 7。然而目前用于長波紅外的材料比較有限，使用成熟的材料，一 般是鍺單晶和硒化鋅，硒化鋅可以合成大的面型，但是本身材料昂貴，并且具有優(yōu)異光學性 能的硒化鋅主要是進口，而國外對此又有所管制；我們國內(nèi)擁有大量的鍺礦，鍺只是相對硒 化鋅要便宜一些，且光學性能要好于硒化鋅，但是鍺單晶的生長工藝目前直徑最大只有350 mm左右，這也就決定了我們能得到的非制冷系統(tǒng)焦距大約在400 mm左右，這樣大小的焦距， 在可見光系統(tǒng)、制冷紅外系統(tǒng)、天文望遠鏡系統(tǒng)都顯得很小，不能夠看的更遠。如何做一個 更大焦距的非制冷紅外系統(tǒng)是現(xiàn)在的難題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本實用新型為了克服上述技術(shù)問題的缺點，提供了一種大口徑長焦距折返式紅外 非制冷成像系統(tǒng)。
[0004] 本實用新型的大口徑長焦距折返式紅外非制冷成像系統(tǒng)，其特別之處在于：包括 沿光軸由外至內(nèi)依次設(shè)置的次反射鏡、主反射鏡、透鏡組和非制冷紅外探測器，主反射鏡的 中央開設(shè)有圓形通孔；主反射鏡將場景內(nèi)的入射光線反射至次反射鏡上，經(jīng)次反射鏡反射 的光線穿過通孔后進入透鏡組，透鏡組對光線折射后使其聚焦在非制冷紅外探測器上，以 實現(xiàn)長焦距非制冷紅外成像。
[0005] 由外界場景進入的光線首先經(jīng)主反射鏡向前反射，然后再由次反射鏡向后反射， 這樣就形成了"折返式"光路，有利于形成大焦距的成像系統(tǒng)；經(jīng)次反射鏡反射的光線穿過 通孔再經(jīng)過透鏡組的折射，最終照射到非制冷紅外探測器上，實現(xiàn)長焦距、大口徑、高分辨 率的紅外成像。
[0006] 本實用新型的大口徑長焦距折返式紅外非制冷成像系統(tǒng)，所述主反射鏡和次反射 鏡均為具有正屈光度的反射式光學元件，主反射鏡朝向次反射鏡的曲面為反射面，次反射 鏡朝向主反射鏡的曲面為反射面，主反射鏡和次反射鏡的反射面均為非球面。
[0007] 本實用新型的大口徑長焦距折返式紅外非制冷成像系統(tǒng)，所述紅外非制冷成像系 統(tǒng)的光闌設(shè)置于主反射鏡上，次反射鏡與主反射鏡的直徑之比小于1/3,遮攔比小于1/9。
[0008] 本實用新型的大口徑長焦距折返式紅外非制冷成像系統(tǒng)，所述主反射鏡和次反射 鏡均由光學鋁材料制成，透鏡組的材料為鍺。
[0009] 本實用新型的大口徑長焦距折返式紅外非制冷成像系統(tǒng)，所述透鏡組由第一透 鏡、第二透鏡和第三透鏡組成，第三透鏡朝向非制冷紅外探測器一側(cè)的曲面為非球面。
[0010] 本實用新型的大口徑長焦距折返式紅外非制冷成像系統(tǒng)，定義主反射鏡和次反射 鏡的反射面分別為S1、S2,第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡背向非制冷紅外探測器的曲面分 別為S3、S5和S7,朝向非制冷紅外探測器的曲面分別為S4、S6和S8,非制冷紅外探測器的 成像面為S9 ;曲面S1至S8的曲率半徑分別為-1028. 94mm、-550. 35mm、192. 5mm、300. 88mm、 268. 58mm、168. 38mm、100. 56mm、80. 34mm，SI 至 S9 中相鄰兩曲面的間距分別為-428. 787mm、 450. 455mm、13、14. 37mm.11mm.17. 545mm、15mm、36. 433mm〇
[0011] 本實用新型的大口徑長焦距折返式紅外非制冷成像系統(tǒng)，所述主反射鏡、次反射 鏡和第三透鏡上的非球面Sl、S2和S8通過公式（1)進行確定：
[0012]
[0013] 其中，k為非球面的圓錐系數(shù)，a 4、a 6、a 8為非球面的4次、6次、8次系數(shù)；r為非 球面上距離光軸垂直方向上的高度，z為非球面上距離透鏡中心水平方向上的距離；
[0014] 非球面Sl、S2和S8的各參數(shù)取值如下表：
[0015]
-本實用菊?型的有益效果是：本實用新型的紅外非制冷成像系統(tǒng)，入射的光線首先 經(jīng)主反射鏡向前反射，然后再經(jīng)次反射鏡向后反射并通過通孔，通過通孔的光線經(jīng)透鏡組 的折射后最終在非制冷紅外探測器上成像，解決了由于鍺材料尺寸的限制，非制冷紅外系 統(tǒng)焦距不能做到很大的問題，所形成的非制冷紅外光學系統(tǒng)的焦距很大，可以達到上千毫 米焦距。
[0017] 通過將主反射鏡、次反射鏡的反射面以及第三透鏡的后曲面做成非球面，有利于 進行較好的相差修正并有利于減小系統(tǒng)長度，同時帶來了更出色的銳度和更高的分辨率， 使得整個光學系統(tǒng)的成像效果更佳。
[0018] 本實用新型的紅外非制冷成像系統(tǒng)具有長焦距、結(jié)構(gòu)緊湊、視場大的有點，可廣泛 應用于航空、航天等光電成像領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型的大口徑長焦距折返式紅外非制冷成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0020] 圖中：1次反射鏡，2主反射鏡，3第一透鏡，4第二透鏡，5第三透鏡，6非制冷紅外 探測器。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0022] 如圖1所示，給出了本實用新型的大口徑長焦距折返式紅外非制冷成像系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)原理圖，其包括由物側(cè)至像側(cè)沿光軸依次設(shè)置的主反射鏡2、次反射鏡1、透鏡組和非制 冷紅外探測器6,次反射鏡1位于主反射鏡2的左側(cè)，透鏡組位于主反射鏡2的右側(cè)，次反 射鏡1、主反射鏡2、透鏡組和非制冷紅外探測器6均同軸設(shè)置。主反射鏡2的中央開設(shè)有 通孔，視場中的光線照射到主反射鏡2上之后，主反射鏡2將光線反射到左端的次反射鏡1 上，次反射鏡1再將光線向右反射。經(jīng)次反射鏡1反射的光線通過主反射鏡2上的通孔后， 再經(jīng)透鏡組的折射最終照射在非制冷紅外探測器6上，實現(xiàn)紅外成像。
[0023] 整個紅外非制冷成像系統(tǒng)，由于采用了主反射鏡2首先向前反射光線、再由次反 射鏡1向后反射光線的"折返式"