[实用新型]一种四片式大相对孔径中波红外定焦光学系统

说明书

本实用新型公开了一种四片式大相对孔径中波红外定焦光学系统，包括第一透镜组、第二透镜组，第二透镜组设置于第一透镜组的后方；第二透镜组的后方设置有探测器窗口，第一透镜组、第二透镜组、探测器窗口与焦平面阵列同轴设置且依序从前到后排列；本实用新型的光学系统具有四片透镜，光焦度分别为正负正正，适用于3‑3.5微米探测波段，相对孔径1.2的中波制冷型红外探测器；四片透镜的面型为球面，具有结构紧凑、后截距长、易于批量生产，制造成本低等优点，适用于在线气体泄漏的探测系统。

技术领域

本实用新型涉及一种光学系统，尤其涉及一种四片式大相对孔径中波红外定焦光学系统。

背景技术

在线气体泄漏可以采用红外3μm-3.5μm波段进行成像探测，探测需要使用特定的制冷型红外探测器。常规3-5μm中波红外探测器相对孔径为2，在线气体泄漏探测应用的3μm-3.5μm制冷探测器光谱响应带宽窄，为了满足系统响应要求，需要较大的孔径以收集足够多的目标辐射能量，其系统的相对孔径为1.2。适用于3-5μm中波红外探测器的定焦光学系统在设计焦距范围为30mm-100mm时可以采用一次成像的设计方法，结构为三片式，其结构为正负正透镜的形式，镜片材料分别为硅、锗、硅，在第二透镜的一个表面使用非球面面型修正像差，采用探测器冷光阑作为系统孔径光阑。这种结构形式当进一步增大孔径时，无法满足短光学总长，长后截距的技术要求，同时设计使用了非球面增加了光学零件的加工成本。

专利CN108802980A公开了一款四片式调焦中波红外光学系统，该光学系统焦距30mm，相对孔径为2.0，该系统光学总长长，口径小，设计时采用了ZnSe材料，该材料成本很高，国产材料有较多杂质不适合用作光学透镜材料，而国外的材料价格较贵，同时设计时使用了非球面面型，加工工艺复杂，加工成本高，该设计方案不利于低成本的批量生产。

实用新型内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种四片式大相对孔径中波红外定焦光学系统。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种四片式大相对孔径中波红外定焦光学系统，包括第一透镜组、第二透镜组，第二透镜组设置于第一透镜组的后方；第二透镜组的后方设置有探测器窗口，第一透镜组、第二透镜组、探测器窗口与焦平面阵列同轴设置且依序从前到后排列；

第一透镜组包括第一透镜、第二透镜，第二透镜同轴设置于第一透镜的后方；第二透镜组包括第三透镜、第四透镜，第四透镜同轴设置于第三透镜的后方；第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的前端表面、后端表面均为球面；第一透镜、第三透镜、第四透镜均为正透镜，第二透镜为负透镜；

光学系统的焦距为f，第一透镜组、第二透镜组的组合焦距分别为f_1-2、f_3-4；第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的焦距分别为f₁、f₂、f₃、f₄，各焦距值的取值范围依次为：

2|f_1-2|/f3，0.4|f_3-4|/f0.6，2.5f₁/|f₂|3.5，1.3f₁/f1.8，0.4|f₂|/f0.5，0.5f₃/f1，1.1f₄/f1.2；

探测器窗口包括第一探测器窗口、第二探测器窗口，第二探测器窗口为光学系统的孔径光阑。

进一步地、第一透镜、第三透镜、第四透镜的材料均为硅，第一透镜、第三透镜、第四透镜的折射率n_4μm＝3.4255。

进一步地、第二透镜的材料为锗，第二透镜的折射率N_4μm＝4.0222。