[发明专利]一种大视场薄膜衍射消色差光学系统及红外光校正方法

权利要求书

1.一种大视场薄膜衍射消色差光学系统，其特征在于：包括平面薄膜衍射主镜(1)、像差校正透镜组(2)、滤光片(3)，其中，像差校正透镜组(2)由5片透镜组成，成像目标的辐射光束经过平面薄膜衍射主镜(1)进入光学系统后，经由像差校正透镜组(2)到达滤光片(3)，最后会聚成像；

像差校正透镜组(2)由5片透镜组成，沿光线入射方向依次为第一弯月正透镜(4)的前表面和后表面、第二弯月正透镜(5)的前表面和后表面、衍射透镜(6)的前表面和后表面、第四弯月正透镜(7)的前表面和后表面、第五弯月正透镜(8)的前表面和后表面；第二弯月正透镜(5)前表面为6次非球面，后表面为球面；衍射透镜(6)前表面为菲涅尔衍射面，后表面为球面；第四弯月正透镜(7)前表面为6次非球面，后表面为球面；第一弯月正透镜(4)、第五弯月正透镜(8)的前表面和后表面均为球面。

2.根据权利要求1所述的一种大视场薄膜衍射消色差光学系统，其特征在于：光学系统工作谱段为8μm～10μm，中心波长为9μm，系统F数为1，工作视场为±0.5°。

3.根据权利要求1所述的一种大视场薄膜衍射消色差光学系统，其特征在于：平面薄膜衍射主镜(1)口径为200mm，F数为3，材料为聚酰亚胺薄膜，沿着光线方向依次为前表面和后表面，其中前表面是平面，后表面是台阶形式的衍射面。

4.根据权利要求1所述的一种大视场薄膜衍射消色差光学系统，其特征在于：所述平面薄膜衍射主镜(1)、像差校正透镜组(2)、滤光片(3)同轴摆放。

5.根据权利要求1所述的一种大视场薄膜衍射消色差光学系统，其特征在于：滤光片(3)为平板透镜，材料为单晶锗，沿着光线方向依次为前表面和后表面，前表面镀长波通分色膜，定位波长8μm±10nm，中心波长，陡度≤50nm，8μm～10μm透过率＞90％，带外5μm～7.5μm透过率＜1％；后表面镀短波通分色膜，定位波长10μm±10nm，陡度≤50nm，8μm～10μm透过率＞90％，带外10.5μm～12μm透过率＜1％。

6.根据权利要求1所述的一种大视场薄膜衍射消色差光学系统，其特征在于：第一弯月正透镜(4)和第二弯月正透镜(5)将平面薄膜衍射主镜(1)的前表面成像到衍射透镜(6)的前表面，平面薄膜衍射主镜(1)的前表面与衍射透镜(6)的前表面满足物像关系。

7.根据权利要求1所述的一种大视场薄膜衍射消色差光学系统，其特征在于：第一弯月正透镜(4)与第二弯月正透镜(5)之间有一次像面，当平面薄膜衍射主镜(1)的后表面到一次像面的距离是光学系统焦距的2倍～3倍，第四弯月正透镜(7)和第五弯月正透镜(8)的组合焦距是系统焦距的1/10倍～1/9倍。

8.根据权利要求1所述的一种大视场薄膜衍射消色差光学系统，其特征在于：所述平面薄膜衍射主镜(1)的前表面与衍射透镜(6)的前表面具有完全相反的菲涅尔衍射结构形式。

9.一种大视场薄膜衍射消色差光学系统的红外光校正方法，其特征在于步骤如下：

(1)放置平面薄膜衍射主镜(1)、第一弯月正透镜(4)的前表面和后表面、第二弯月正透镜(5)的前表面和后表面、衍射透镜(6)的前表面和后表面、第四弯月正透镜(7)的前表面和后表面、第五弯月正透镜(8)的前表面和后表面、滤光片(3)；

(2)将平面薄膜衍射主镜(1)和第一弯月正透镜(4)的前表面的距离设置为光学系统焦距的2.2倍～2.5倍；第一弯月正透镜(4)的后表面与第二弯月正透镜(5)的前表面的距离设置为光学系统焦距的0.3倍～0.4倍；第五弯月正透镜(8)的后表面到第二次成像点的距离大于系统焦距的0.1倍；

(3)调整平面薄膜衍射主镜(1)前表面的衍射结构参数、第一弯月正透镜(4)前表面和后表面的顶点曲率半径、第二弯月正透镜(5)前表面的非球面系数和后表面的顶点曲率半径、衍射透镜(6)前表面的衍射结构参数和后表面的顶点曲率半径、第四弯月正透镜(7)前表面的非球面系数和后表面的顶点曲率半径、第五弯月正透镜(8)前表面和后表面的顶点曲率半径以及平面薄膜衍射主镜(1)后表面到第一弯月正透镜(4)前表面的距离、第一弯月正透镜(4)后表面到第二弯月正透镜(5)前表面的距离、第二弯月正透镜(5)后表面到衍射透镜(6)前表面的距离、衍射透镜(6)后表面到第四弯月正透镜(7)前表面的距离、第四弯月正透镜(7)后表面到第五弯月正透镜(8)前表面的距离、第五弯月正透镜(8)后表面到像面的距离。