一种短距离探测短波红外望远镜的制作方法

1.本发明属于光学技术领域，具体涉及一种短距离探测短波红外望远镜。


背景技术：

2.随着科技发展，红外系统被广泛应用于民用与军工国防领域。短波红外是指波段在1000nm～2500nm的红外波段，它可以提供可见光、微光夜视、中波、长波红外所不能携带的信息，使得细节呈现更加突出。可广泛应用于工业多光谱成像分析、资源遥感、红外天文学、交通、医疗、公安等领域。
3.目前国内红外镜头多采用非球面，结构和系统都较为复杂，系统体积大，重量高，热稳定性较差。因此开发出一款适合短波红外光谱仪系统的望远镜头尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的不足，提供一种短距离探测，成像质量高，热稳定性好，体积小，可应用于光谱仪系统，且工作于短波红外波段的消热差像方远心镜头。
5.为了达到目的，本发明提供一种短距离探测短波红外望远镜，所述望远镜为透射式光学系统；所述光学系统的结构为同轴结构；所述望远镜全部透镜均为球面面型；沿光线入射方向，依次为第一平面窗口片、第二负弯月透镜、第三正弯月透镜、第四正弯月透镜、孔径光阑、第五正双凸透镜、第六负弯月透镜、第七正双凸透镜、第八负双凸透镜、第九正双凸透镜；像方主光线平行于光轴并垂直入射到像面上；沿光线入射方向，所述各透镜的焦距依次对应、、、、，它们相对望远镜焦距的归一化值分别对应为0、-2.5-1.5、78、78、0.51.5、-4.0-3.0、0.41、-0.8-0.2、0.31。
6.进一步地，所述望远镜的透镜材质包括硫系玻璃、石英系列、氟化物中的任意三种。
7.进一步地，沿光线入射方向，各透镜的折射率依次对应为、、、、，对应的取值范围分别为、、2.0、、。
8.进一步地，所述望远镜工作波段为1000nm～2500nm、工作温度范围为-10℃~40℃，适用探测距离范围为1050mm～1500mm。
9.进一步地，所述望远镜的最大视场角为35.6
°
。
10.进一步地，所述望远镜的最大相对孔径为f/3.0。
11.进一步地，所述望远镜中透镜最大焦距为15mm。
12.进一步地，所述望远镜可适用于探测器分辨率640
×
512，像元大小30μm。
13.进一步地，所述望远镜体积小，系统总长62mm，系统中透镜最大口径小于14.50mm，窗口玻璃最大口径小于15.0mm。
14.进一步地，所述望远镜具有像方远心特性。
15.与现有技术相比，本发明优势在于：本发明提供的望远镜适用于1000nm～2500nm波段，适用温度-10℃～40℃，适用距离1050mm～1500mm，并具有像方远心性质，较容易与分光系统组合成光谱仪系统，系统体积较小、重量低，总长62mm；在全波段以及-10℃~40℃温度下，mtf＞0.85@16.7lp/mm，弥散斑半径均小于艾里斑半径，像质接近光学衍射极限；可应用于用于无损检测、工业多光谱成像分析、资源遥感、红外天文学等领域。
附图说明
16.图1为本发明实施例1提供的短距离探测短波红外望远镜的结构示意图；图2为本发明实施例1提供的望远镜在1050mm探测距离，-10℃下的调制传递函数曲线图（截止频率16.7lp/mm）；图3为本发明实施例1提供的望远镜在1500mm探测距离，-10℃下的调制传递函数曲线图（截止频率16.7lp/mm）；图4为本发明实施例1提供的望远镜在1050mm探测距离，20℃下的调制传递函数曲线图（截止频率16.7lp/mm）；图5为本发明实施例1提供的望远镜在1500mm探测距离，20℃下的调制传递函数曲线图（截止频率16.7lp/mm）；图6为本发明实施例1提供的望远镜在1050mm探测距离，40℃下的调制传递函数曲线图（截止频率16.7lp/mm）；图7为本发明实施例1提供的望远镜在1500mm探测距离，40℃下的调制传递函数曲线图（截止频率16.7lp/mm）；图8为本发明实施例1提供的望远镜在1050mm探测距离，-10℃下的点列图；图9为本发明实施例1提供的望远镜在1500mm探测距离，-10℃下的点列图；图10为本发明实施例1提供的望远镜在1050mm探测距离，20℃下的点列图；图11为本发明实施例1提供的望远镜在1500mm探测距离，20℃下的点列图；图12为本发明实施例1提供的望远镜在1050mm探测距离，40℃下的点列图；图13为本发明实施例1提供的望远镜在1500mm探测距离，40℃下的点列图；图14为本发明实施例1提供的望远镜的场曲畸变图；图15为本发明实施例1提供的望远镜的相对照度图。
具体实施方式
17.下面根据附图，通过具体的实施例对本发明做进一步说明。
18.实施例1本实施例本提供一种短波红外波段消热差像方远心望远镜，该望远镜为透射式光学系统，其光学系统的结构为同轴结构，其工作于短波红外波段1000nm~2500nm，探测距离为1050mm~1500mm，工作温度范围为-10℃~40℃，焦距为15mm，f/#为3.0，全视场为35.6
°
，适
用于探测器分辨率640
×
512，像元大小30μm。
19.参见附图1，它是本实施例所提供的短波红外的望远镜示意图，望远镜为透射式光学系统；光学系统的结构为同轴结构；远镜全部透镜均为球面面型；沿光线入射方向，依次为第一平面窗口片1、第二负弯月透镜2、第三正弯月透镜3、第四正弯月透镜4、孔径光阑5、第五正双凸透镜6、第六负弯月透镜7、第七正双凸透镜8、第八负双凸透镜9、第九正双凸透镜10、像面11。像方主光线平行于光轴并垂直入射到像面上；沿光线入射方向，各透镜的焦距依次对应、、、、，它们相对望远镜焦距的归一化值分别对应为0、-2.5-1.5、78、78、0.51.5、-4.0-3.0、0.41、-0.8-0.2、0.31。各透镜的折射率依次对应为、、、、，对应的取值范围分别为、、2.0、、。
20.作为优选地，透镜最大口径小于14.50mm，窗口玻璃最大口径小于19mm，透镜最大焦距为15mm。更为优选地，望远镜的透镜材质包括硫系玻璃、石英系列、氟化物中的任意三种。
21.利用消热差与消像差理论，选用了透过率较高的红外光学玻璃材料，使得成像质量在一定温度范围内接近光学衍射极限。
22.望远镜体积小，系统总长62mm；望远镜中透镜最大口径小于14.50mm，窗口玻璃最大口径小于19mm。
23.将光阑置于后组透镜前焦面上，使望远镜具有像方远心的特性，即像方光线垂直入射到像面上，可保证像面照度均匀。同时像方远心光路较容易与分光系统进行拼接，组成新的光谱仪系统。
24.望远镜第一块为窗口保护玻璃，根据实际情况选用，望远镜最后一块透镜后表面与像面留有足够的空间，用于放置探测器。透镜全部采用球面面型，系统采用同心同轴，降低了加工与制造成本、检测难度，且易于装调。
25.用于短距离探测短波红外望远镜各透镜，本实施例提供一个优选的方案，具体数据及所采用的材料参见表1。
26.表1 镜头的光学结构参数
参见附图2~7，本实施例光学系统-10℃、20℃、40℃下，调制传递函数（mtf）曲线，探测器像元大小为30μm
×
30μm，在奈奎斯特频率16.7lp/mm处，系统的mtf在不同温度下保持稳定，均大于0.85，成像质量接近光学衍射极限。
27.参见附图8~13，本实施例光学系统-10℃、20℃、40℃下，光线追迹得到像平面上的点列图，图中的圆代表系统衍射艾里斑。各视场点列图能量均集中在艾里斑范围内，具有良好的成像质量。
28.参见附图14，本实施例光学系统的场曲畸变图，畸变小于1.32%，图像不会失真。
29.参见附图15，本实施例光学系统的相对照度曲线图，可见像面相对照度均匀，边缘视场的相对照度值接近1。
30.由上述可知，本发明提供的短距离探测短波红外望远镜，在-10℃~40℃下，探测距离1050mm~1500mm范围内，具有较好的成像质量；同时体积较小，方便应用，加上像方远心特性，易于与其他系统拼接组成新系统。
31.最后需要注意的是：上述实施例仅用于说明本发明专利，并非限制本发明专利所描述的技术方案。因此，虽然本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细说明，但本领域的技术人员应当理解，仍可以对本发明进行修改；而一切不脱离本发明范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。