地址310058浙江省杭州市西湖區(qū)余杭塘司33200專利代理師賈玉霞一種輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)本發(fā)明公開一種輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)，包括從物方到像方依次排列的第二反射鏡用于收集超大視場(chǎng)范圍的中紅外光線并壓縮21.一種輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)，其特征在于，包括從物方到像方依次排列的第所述第一反射鏡和第二反射鏡用于收集超大視場(chǎng)范圍的中紅外光線并壓縮所述中紅所述超透鏡的前后表面均為能引入相位突變的超表面，用于矯正光學(xué)系統(tǒng)的高級(jí)像所述非球面透鏡的前后表面均為偶次非球面，用于矯正光學(xué)10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕量化中波紅3一種輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及中波紅外全景成像領(lǐng)域，具體涉及一種輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)。背景技術(shù)[0002]中波紅外光學(xué)成像技術(shù)是一種能夠記錄目標(biāo)物體熱輻射分布信息并具有強(qiáng)穿透性和晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)能力的熱成像技術(shù)，因此可廣泛應(yīng)用于夜間偵察、氣體檢測(cè)、熱測(cè)溫、物質(zhì)成分檢測(cè)等重要領(lǐng)域。[0003]普通的紅外光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)角較小，會(huì)導(dǎo)致探測(cè)視野范圍受限，無法探測(cè)更多的目標(biāo)信息。隨著人工智能、信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)紅外光學(xué)系統(tǒng)提出了更大視場(chǎng)角的需求。而對(duì)于較大視場(chǎng)角的紅外光學(xué)系統(tǒng)，通常會(huì)采用多片不同材料的紅外透鏡的組合來矯正大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)帶來的像差。由于紅外透鏡材料貴且透過率低，這就使得光學(xué)系統(tǒng)變得厚重且加工成本高昂。公開號(hào)為CN222280941U的專利公布了一種半視場(chǎng)角為60°的大視場(chǎng)角紅外攝像鏡頭，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)由8片透鏡組成，使得結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜笨重。[0004]紅外全景成像系統(tǒng)相比于全透射式紅外光學(xué)系統(tǒng)具有更大的視場(chǎng)角和更少的光學(xué)元件數(shù)量，但是其特殊的頭部單元仍未徹底解決結(jié)構(gòu)厚重的痛點(diǎn)。公開號(hào)為CN211348844U的專利公布了一種紅外全景潛望鏡裝置，其頭部單元能夠收集超大視場(chǎng)的紅外光線并有效壓縮光線入射角，但是架構(gòu)復(fù)雜、對(duì)加工和裝調(diào)提出了較高的要求。發(fā)明內(nèi)容[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)，集反射光學(xué)元件、透射光學(xué)元件和平面光學(xué)元件于一體，采用兩片反射鏡、一片超透鏡和一片非球面透鏡實(shí)現(xiàn)輕架構(gòu)設(shè)計(jì)，解決了普通中波紅外超廣角光學(xué)系統(tǒng)厚重的痛點(diǎn)，能夠在-30℃~+70℃溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低畸變、近衍射極限成像。[0006]本發(fā)明的目的通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：[0007]一種輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)，包括從物方到像方依次排列的第二反射鏡、[0008]所述第一反射鏡的中央開孔，所述第一反射鏡和第二反射鏡的凹面靠近像方；[0009]所述第一反射鏡和第二反射鏡用于收集超大視場(chǎng)范圍的中紅外光線并壓縮所述中紅外光線入射所述超透鏡的角度；[0010]所述超透鏡的前后表面均為能引入相位突變的超表面，用于矯正光學(xué)系統(tǒng)的高級(jí)[0011]所述非球面透鏡的前后表面均為偶次非球面，用于矯正光學(xué)系統(tǒng)的初級(jí)像差并將所述中紅外光線傳遞至所述紅外探測(cè)器；[0012]所述紅外探測(cè)器用于感知3-5μm的中紅外光線并將其轉(zhuǎn)化為紅外圖像。[0013]為了收集超大視場(chǎng)的中紅外光線并提高對(duì)其的調(diào)控能力、同時(shí)保證反射鏡的可加4[0014]為了使得被第二反射鏡R2反射的中紅外光線能夠穿過第一反射鏡R1的中央并且提下實(shí)現(xiàn)了輕量化，解決了大視場(chǎng)透射式紅外光學(xué)系統(tǒng)元件數(shù)[0026]2.本發(fā)明使用兩個(gè)反射鏡，極大地避免了色差對(duì)輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)[0027]3.相對(duì)于大視場(chǎng)透射式紅外光學(xué)系統(tǒng)所需元件數(shù)量多、普通紅外全景成像系統(tǒng)附圖說明[0029]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)中超透鏡前表面的相位突變[0030]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)中超透鏡后表面的相位突變5分布圖。[0031]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)超透鏡前后表面微納單元在周期為1400nm、高度為6000nm[0032]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)在常溫工作狀態(tài)下的光線追跡圖。[0033]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)在常溫工作狀態(tài)下的點(diǎn)列[0034]圖7為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)在常溫工作狀態(tài)下的MTF曲[0035]圖8為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)在常溫工作狀態(tài)下的場(chǎng)曲畸[0036]圖9為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)在低溫工作狀態(tài)下的點(diǎn)列[0037]圖10為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)在低溫工作狀態(tài)下的MTF曲[0038]圖11為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)在低溫工作狀態(tài)下的場(chǎng)曲畸變圖。[0039]圖12為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)在高溫工作狀態(tài)下的點(diǎn)列[0040]圖13為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)在高溫工作狀態(tài)下的MTF曲[0041]圖14為本發(fā)明實(shí)施例中輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)在高溫工作狀態(tài)下的場(chǎng)曲畸變圖。[0042]圖15為本發(fā)明對(duì)比例中傳統(tǒng)中波紅外全景環(huán)帶鏡頭的光線追跡圖。具體實(shí)施方式[0043]下面根據(jù)附圖和優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明白，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以[0044]如圖1所示，本發(fā)明提出的輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)，包括從物方到像方依次[0045]其中，第一反射鏡的R1中央開孔，第一反射鏡R1和第二反射鏡R2的凹面靠近像方。第一反射鏡R1和第二反射鏡R2用于收集超大視場(chǎng)范圍的中紅外光線并壓縮光線入射超透鏡M的角度；超透鏡M的前后表面均為能引入相位突變的超表面，用于矯正光學(xué)系統(tǒng)的高級(jí)像差；非球面透鏡A的前后表面均為偶次非球面，用于矯正光學(xué)系統(tǒng)的初級(jí)像差并將中紅外光線傳遞至紅外探測(cè)器D;紅外探測(cè)器D用于感知3-5μm的中紅外光線并將其轉(zhuǎn)化為紅外圖[0046]本實(shí)施例中，為了獲得大靶面并與輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)適配，紅外傳感器D的分辨率選用640×512,像元尺寸為15um。[0047]本實(shí)施例中，為了感知大視場(chǎng)范圍的中紅外光線并盡可能的減小紅外探測(cè)器D的6工作狀態(tài)分為常溫工作狀態(tài)(工作環(huán)境溫度為+20℃)、低溫工作狀態(tài)(工作環(huán)境溫度為-307元件曲率半徑厚度(mm)凈口徑(mm)反射鏡R1反射鏡R2無限硅無限硫系玻璃無限--[0064]表2常溫工作狀態(tài)下本實(shí)施例中反射鏡的偶次非球面參數(shù)元件k反射鏡R1反射鏡R2[0066]表3常溫工作狀態(tài)下本實(shí)施例中超透鏡衍射參數(shù)R[0068]表4常溫工作狀態(tài)下本實(shí)施例中非球面透鏡的偶次非球面參數(shù)k00[0070]在表3的參數(shù)下，超透鏡M的前表面和后表面引入的相位突變分布分別如圖2、圖3所示。其前后表面的相位突變分布變化較為平緩，能夠允許較大的制造公差，有利于超透鏡的加工制備。[0071]本實(shí)施例中，如圖4所示，超透鏡M的前后表面通過在硅襯底上排列周期為1400nm、高度為6000nm、直徑范圍為800nm~1020nm的硅圓柱微納單元，以保證能夠覆蓋0~2π的相位突變范圍，使得超透鏡M前后表面能夠有效引入如圖2、圖3所示的相位分布。[0072]在表1、表2、表3、表4的參數(shù)下，系統(tǒng)在常溫工作狀態(tài)下的光線追跡圖如圖5所示。系統(tǒng)光線聚焦情況良好，鏡片結(jié)構(gòu)分布合理，整體架構(gòu)簡潔輕量。[0073]在常溫工作狀態(tài)下，系統(tǒng)的點(diǎn)列圖、MTF曲線圖、場(chǎng)曲畸變圖分別如圖6、圖7、圖8所示；在低溫工作狀態(tài)下，系統(tǒng)的點(diǎn)列圖、MTF曲線圖、場(chǎng)曲畸變圖分別如圖9、圖10、圖11所示；8[0074]在常溫工作狀態(tài)、低溫工作狀態(tài)、高溫工作狀態(tài)下，系統(tǒng)在五種視場(chǎng)下的最大RMS半徑分別為5.803μm、5.931μm、5.767μm。點(diǎn)列圖光斑大小與艾里斑大小近似并小于紅外探測(cè)器D的像元尺寸，能夠允許一定范圍的加工公差并適配探測(cè)器的最高性能。[0075]在常溫工作狀態(tài)、低溫工作狀態(tài)、高溫工作狀態(tài)下，系統(tǒng)在空間頻率為331p/mm時(shí)的MTF值均高于0.4,與衍射極限接近，展現(xiàn)了其在輕架構(gòu)設(shè)計(jì)下的高成像性能。[0076]在常溫工作狀態(tài)、低溫工作狀態(tài)、高溫工作狀態(tài)下，系統(tǒng)的最大F-theta畸變分別為5.1072%、5.1069%、5.1075%。在不同的溫度工作狀態(tài)和接收超大視場(chǎng)的中紅外光線的情況下，系統(tǒng)的最大F-theta畸變僅接近5%,證明了本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)越的性能。[0077]本發(fā)明實(shí)施例在不同溫度工作狀360°×(30°~100°),系統(tǒng)總長接近60mm、具有較高的溫度穩(wěn)定性。以下表5給出施例在三種工作狀態(tài)下的具體關(guān)鍵性能參數(shù)。[0078]表5三種工作狀態(tài)下本實(shí)施例中的關(guān)鍵性能參數(shù)工作狀態(tài)常溫工作狀態(tài)高溫工作狀態(tài)工作F數(shù)系統(tǒng)總長(mm)[0079]對(duì)比例[0080]一種傳統(tǒng)中波紅外全景環(huán)帶鏡頭，其視場(chǎng)范圍、焦距、成像高度以及在-30℃~+70℃溫度范圍內(nèi)的成像質(zhì)量均與本發(fā)明實(shí)施例接近，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和光線追跡結(jié)果如圖15所示，由物方到像方依次排列的全景頭部單元PHU、非球面透鏡L1和二元衍射透鏡L2組成。[0081]與本發(fā)明實(shí)施例不同的是，對(duì)比例中采取了折反射混合形式的全景頭部單元PHU來進(jìn)行大視場(chǎng)范圍的中紅外光線的收集和光線入射角的壓縮。雖然這種架構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的無熱化折射式光學(xué)系統(tǒng)能夠顯著減少透鏡數(shù)量并減小畸變，但其全景頭部單元價(jià)格較為昂貴，制造如此厚重的全景頭部單元PHU會(huì)使得材料成本急劇增高。除此以外，這種類型的頭部單元通常需要采用兩片透鏡膠合而成的方式制造并要準(zhǔn)確在后表面鍍環(huán)形反射膜，增加了鬼像干擾風(fēng)險(xiǎn)并對(duì)加工精度提出了嚴(yán)苛的要求。[0082]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例的結(jié)果，作出輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)與傳統(tǒng)中波紅外全景環(huán)帶鏡頭的對(duì)比，如表6所示。[0083]表6輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)與傳統(tǒng)中波紅外全景環(huán)帶鏡頭的性能對(duì)比光學(xué)系統(tǒng)輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)傳統(tǒng)中波紅外全景環(huán)帶鏡頭低高高低低高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)頭重腳輕9[0085]本實(shí)施例的輕量化中波紅外全景成像系統(tǒng)相較于其它大視場(chǎng)中波紅外光學(xué)系統(tǒng)，℃~+70℃溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)近衍射極限成像。為指示或暗示相對(duì)重要性。[0087]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，以上所述僅為發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制發(fā)明，盡管參照前述實(shí)例對(duì)發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)例記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的修改、等同替換等均應(yīng)包含在發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。1/10頁1/10頁1100X-毫米10單元直徑/nm4圖45圖5說明書附圖4/10頁面：像面點(diǎn)列圖單位是μm,艾里半徑：15.553μm.圖例對(duì)應(yīng)于波長縮放標(biāo)尺：40.000參考:主光線□…30.00(度)-弧矢日-70.00(度)-子午□…衍射極限-弧矢日-30.00(度)-子午日一50.00(度)-子午…50.00(度)-弧矢…70.00(度)-弧矢日-89.00(度)-子午0毫米0百分比日-3.0000日-4.0000日-5.0000場(chǎng)曲最大視場(chǎng)是100.000度.弧矢場(chǎng)曲=0.0647毫米圖例對(duì)應(yīng)于波長最大視場(chǎng)是100.000度.CN120215087A說明書附圖6/10頁物面：30.00(度)物面：5點(diǎn)列圖單位是μm.艾里半徑：15.553μm.圖例對(duì)應(yīng)于波長:主光線0□…30.00(度)-弧矢日一50.00(度)-子午…50.00(度)-弧矢回-70.00(度)-子午…70.00(度)-弧矢口-89.00(度)-子午□…89.00(度)-弧矢□-100.00(度)-子午…100.00(度)-弧矢0百分比日-3.0000-子午的…3.0000-弧矢的日-4.0000-子4.0000-弧失的日-5.0000-場(chǎng)曲午的失的□-3.0000日-4.0000日-5.0000最大視場(chǎng)是100.000度.弧矢場(chǎng)曲=0.0648毫米子午場(chǎng)曲=0.0086毫米圖例對(duì)應(yīng)于波長最大視場(chǎng)是100.000度.0像面：-1.075mm點(diǎn)列圖單位是μm.艾里半徑：15.553μm.圖例對(duì)應(yīng)于波長