CN102183836B - 一种红外双波段消热差光学镜头 - Google Patents

一种红外双波段消热差光学镜头 Download PDF

Info

Publication number
CN102183836B
CN102183836B CN201110124231A CN201110124231A CN102183836B CN 102183836 B CN102183836 B CN 102183836B CN 201110124231 A CN201110124231 A CN 201110124231A CN 201110124231 A CN201110124231 A CN 201110124231A CN 102183836 B CN102183836 B CN 102183836B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
equal
waveband
optical lens
infrared
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201110124231A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102183836A (zh
Inventor
沈为民
张春艳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou University
Original Assignee
Suzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou University filed Critical Suzhou University
Priority to CN201110124231A priority Critical patent/CN102183836B/zh
Publication of CN102183836A publication Critical patent/CN102183836A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102183836B publication Critical patent/CN102183836B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种红外双波段消热差光学镜头，工作波段为3～5μm和8～12μm；工作的环境温度范围为-60～80℃。它采用共光轴柯克三片型结构，由四块折射透镜构成，孔径光阑位于像面的冷屏处。按光线入射方向，第一块透镜[1]的后表面和第三块透镜[3]的前表面为非球面；透镜的材料依次为锗、硒化锌、硫化锌和硒化锌；相对于镜头焦距归一化时光焦度的取值范围依次为：-1.0≤φ1≤-0.5、1.50≤φ2≤2.0、-2.0≤φ3≤-1.50和1.0≤φ4≤1.5。该光学镜头结构简单，成像质量高，消热差效果好，并具有后工作距大、100%冷光阑效率等特点，可用作红外双色导引头等，在军工和民用领域均有广泛应用前景。

Description

一种红外双波段消热差光学镜头
技术领域
本发明涉及一种工作在中波和长波段的红外光学镜头，特别涉及一种工作于3～5μm和8～12μm波段、消热差的光学镜头，它可在-60℃到+80℃环境温度范围内成像。
背景技术
红外成像基于目标与背景辐射度的不同，根据普朗克黑体辐射定律，波长3～5μm的中波红外主要用于观测高温事件，波长8～12μm的长波红外用于探测常温物体轮廓，结合这两个波段的成像特点，可提高目标的探测及识别能力。对这两个红外波段同时敏感的探测器阵列有双波段碲镉汞焦平面阵列和量子阱红外光电探测器阵列，现以相对成熟的碲镉汞焦平面阵列居多，美国FLIR系统公司和法国Sofradir公司已将这种双波段探测器用于功能增强型红外双波段军用摄像机。双波段红外成像技术在红外侦察、预警探测、精确制导、光电对抗等领域具有广泛的应用前景，因此，设计和研制高性能的红外双波段光学镜头有着十分重要的意义和必要性。
然而，红外光学材料对环境温度较敏感，随着环境温度变化，会引起红外光学系统的焦距、像面位置及像差的变化，成像质量下降，这种由温度变化导致的成像质量差异称为热像差，简称热差。为了能在宽温度变化环境中工作，得到好的成像质量，需进行消热差研究和设计。目前，消热差方法主要有机电主动式、机械被动式和光学被动式，光学被动式消热差方法以其重量小、无功耗、可靠性高等特点，已成为光学系统消热差的首选方法，通过匹配透镜与镜头结构件的热性能消除热差。
在本发明作出之前，CN10196369A的中国发明专利公开了一种长波消热差红外光学镜头；CN101738619A的中国发明专利公开了一种双波段红外光学系统，其双波段红外光学镜头由红外窗口、分光镜、中波镜头和长波镜头组成。目前，采用光学被动式消热差方法，提供一种工作在中波和长波红外双波段的光学镜头未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种能有效消除温度变化的影响，结构简单，工作在中波和长波红外双波段的光学镜头。
本发明所采用的技术方案是：提供一种红外双波段消热差光学镜头，它采用共光轴柯克三片型结构，由四块折射透镜构成，按光线入射方向，分别为第一块透镜、第二块透镜、第三块透镜和第四块透镜，孔径光阑位于像面的冷屏处；四片折射透镜的材料依次为锗、硒化锌、硫化锌和硒化锌；四片折射透镜的光焦度依次为φ1、φ2、φ3和φ4，相对于镜头焦距归一化时的取值范围为：-1.0≤φ1≤-0.5、1.50≤φ2≤2.0、-2.0≤φ3≤-1.50和1.0≤φ4≤1.5；所述的第一块透镜的后表面和第三块透镜的前表面为非球面。
本发明提供的一种红外双波段消热差光学镜头，其工作波段为3～5μm和8～12μm；工作的环境温度范围为-60～80℃。
与现有技术相比，本发明的特点在于：红外双波段消热差光学镜头采用柯克三片型结构型式，两个非球面，其结构简单，成像质量高，消热差效果好，并具有后工作距大、100%冷光阑效率等特点，可用作红外双色导引头等，在军工和民用领域均有广泛应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的红外双波段消热差光学镜头的结构示意图；
图2是本发明实施例所述的光学镜头的畸变曲线图；
图3是本发明实施例所述的光学镜头在-60℃时中波红外调制传递函数曲线图；
图4是本发明实施例所述的光学镜头在20℃时中波红外调制传递函数曲线图；
图5是本发明实施例所述的光学镜头在80℃时中波红外调制传递函数曲线图；
图6是本发明实施例所述的光学镜头在-60℃时长波红外调制传递函数曲线图；
图7是本发明实施例所述的光学镜头在20℃时长波红外调制传递函数曲线图；
图8是本发明实施例所述的光学镜头在80℃时长波红外调制传递函数曲线图；
图1中：1、按光线入射方向的第一块透镜；2、按光线入射方向的第二块透镜；3、按光线入射方向的第三块透镜；4、按光线入射方向的第四块透镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方案作进一步的具体阐述。
本实施例的技术方案是提供一种中波和长波红外双波段消热差光学镜头，其设计参数为：工作波长3～5μm和8～12μm，焦距为100mm，视场角为7.04°，F数为2。
参见附图1，它是本实施例所述的光学镜头的结构示意图。由图1可以看到，该光学镜头采用共光轴柯克三片型结构型式，由四块折射透镜构成，按光线入射方向，分别为第一块透镜1、第二块透镜2、第三块透镜3和第四块透镜4，孔径光阑位于像面的冷屏处，无渐晕。
本实施例提供的红外双波段消热差光学镜头各块透镜的具体数据及所采用的材料见表1。
表1
Figure 201110124231X100002DEST_PATH_IMAGE002
本实施例中，第一块透镜1的后表面和第三块透镜3的前表面为非球面，由下式定义，
Figure 201110124231X100002DEST_PATH_IMAGE004
 
其中z为沿光轴方向的坐标，c为顶点处的基本曲率；k为二次曲面系数；r为垂直光轴方向的径向坐标；A,B,C,D,E…为非球面系数。其非球面系数的数据参见表2。
表2
  K B
第一块透镜的后表面 2.224779 -1.683099E-12
第三块透镜的前表面 -5.37636 -6.152441E-11
四块折射透镜的光焦度依次为φ1、φ2、φ3和φ4，相对于镜头焦距归一化时的取值范围：φ1为-0.66，φ2为1.79，φ3为-1.65，φ4为1.32。
参见附图2，它是本实施例所述消热差光学镜头的畸变曲线图，图中，横坐标为相对畸变值（单位﹪），纵坐标表示归一化视场，由图4可见，相对畸变小于0.2%，能够保证成像不会失真。
参见附图3～5，它是本实施例所述的光学镜头在环境温度分别为-60℃、20℃和80℃的不同条件下，中波红外调制传递函数曲线图；参见附图6～8，它是本实施例所述的光学镜头在环境温度分别为-60℃、20℃和80℃的不同条件下，长波红外调制传递函数曲线图。由以上各图可见，在奈奎斯特频率16.7lp/mm处的MTF值均大于0.4。

Claims (2)

1. 一种红外双波段消热差光学镜头，其特征在于：它采用共光轴柯克三片型结构，由四块折射透镜构成，按光线入射方向，分别为第一块透镜[1]、第二块透镜[2]、第三块透镜[3]和第四块透镜[4]，孔径光阑位于像面的冷屏处；四块折射透镜的材料依次为锗、硒化锌、硫化锌和硒化锌；四块折射透镜的光焦度依次为φ1、φ2、φ3和φ4，相对于镜头焦距归一化时的取值为：φ1=-0.66、φ2=1.79、φ3=-1.65和φ4=1.32；所述的第一块透镜[1]的后表面和第三块透镜[3]的前表面为非球面；所述的双波段为3～5μm和8～12μm波段。
2. 根据权利要求1所述的一种红外双波段消热差光学镜头，其特征在于：工作的环境温度范围为-60～80℃。
CN201110124231A 2011-05-14 2011-05-14 一种红外双波段消热差光学镜头 Expired - Fee Related CN102183836B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110124231A CN102183836B (zh) 2011-05-14 2011-05-14 一种红外双波段消热差光学镜头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110124231A CN102183836B (zh) 2011-05-14 2011-05-14 一种红外双波段消热差光学镜头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102183836A CN102183836A (zh) 2011-09-14
CN102183836B true CN102183836B (zh) 2012-09-19

Family

ID=44570029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110124231A Expired - Fee Related CN102183836B (zh) 2011-05-14 2011-05-14 一种红外双波段消热差光学镜头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102183836B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102331617A (zh) * 2011-09-23 2012-01-25 长春理工大学 双视场/双色红外被动消热差光学系统
CN102368112B (zh) * 2011-10-31 2012-12-12 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 红外宽波段消热差免调焦半实物仿真投影系统
CN102401981B (zh) * 2011-11-10 2013-06-12 河北汉光重工有限责任公司 全折射被动无热化红外双波段镜头
CN102636863B (zh) * 2012-04-24 2014-07-09 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种红外双波段共焦光学系统
CN103197405B (zh) * 2013-04-10 2015-03-25 苏州大学 一种近红外波段消热差光学镜头
CN103809271B (zh) * 2013-12-20 2016-03-30 河北汉光重工有限责任公司 一种大口径被动消热差红外光学镜头
CN106483643B (zh) * 2016-11-28 2022-10-14 中山联合光电科技股份有限公司 变焦红外热成像系统
CN106772949B (zh) * 2017-02-22 2021-04-13 苏州大学 弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜
CN108802980B (zh) * 2017-05-05 2020-07-14 北京遥感设备研究所 一种四片式调焦中波红外光学系统
CN109975927B (zh) * 2019-04-30 2021-06-22 中国科学院福建物质结构研究所 无热化宽波段激光聚焦系统及光纤激光耦合器
CN112130279A (zh) * 2020-09-21 2020-12-25 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 红外光学系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5202792A (en) * 1990-10-09 1993-04-13 Thomson Trt Defense Systems of objectives with optical athermalization
CN201096959Y (zh) * 2007-03-15 2008-08-06 昆明物理研究所 广角光学被动消热差红外光学镜头
CN101395517A (zh) * 2006-03-01 2009-03-25 住友电气工业株式会社 红外线变焦透镜及红外线照相机
CN101963694A (zh) * 2010-10-15 2011-02-02 北京波谱华光科技有限公司 长波消热差红外光学镜头

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007264649A (ja) * 2007-05-15 2007-10-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 赤外線ズームレンズ及び赤外線カメラ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5202792A (en) * 1990-10-09 1993-04-13 Thomson Trt Defense Systems of objectives with optical athermalization
CN101395517A (zh) * 2006-03-01 2009-03-25 住友电气工业株式会社 红外线变焦透镜及红外线照相机
CN201096959Y (zh) * 2007-03-15 2008-08-06 昆明物理研究所 广角光学被动消热差红外光学镜头
CN101963694A (zh) * 2010-10-15 2011-02-02 北京波谱华光科技有限公司 长波消热差红外光学镜头

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2007-264649A 2007.10.11
杨新军 等.红外双波段消热差系统设计.《光电子.激光》.2004,第15卷(第4期),全文. *
温彦博 等.红外无热化混合光学系统设计.《光学仪器》.2005,第27卷(第5期),全文. *
范长江 等.含有双层谐衍射元件的红外双波段光学系统消热差设计.《光子学报》.2008,第37卷(第8期),全文. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102183836A (zh) 2011-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102183836B (zh) 一种红外双波段消热差光学镜头
CN102495474B (zh) 一种可见光/长波红外宽波段共调焦光学成像系统
US7835071B2 (en) Far-infrared camera lens, lens unit, and imaging apparatus
CN104793324B (zh) 一种红外双波段共孔径折反射成像系统
CN104297899B (zh) 大视场被动消热差短波红外光学系统
CN109343201B (zh) 光学被动消热差的低畸变广角长波非制冷红外光学系统
US6989537B2 (en) Compact inverse-telephoto infrared imaging optical system
CN102033316A (zh) 长波长焦非制冷无热化红外光学系统
CN111025529B (zh) 一种超小f数中长波红外定焦镜头
CN210090814U (zh) 一种长焦距中波红外制冷双视场镜头
IL270713A (en) Bi-color inverted telephoto breaking optical shape with external pupil for cold shielding
CN111999783B (zh) 一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头及成像方法
CN106019534B (zh) 一种1.3～5um宽波段红外成像镜头
CN102401981B (zh) 全折射被动无热化红外双波段镜头
US9411137B2 (en) Ultra compact inverse telephoto optical system for use in the IR spectrum
CN114089514B (zh) 一种制冷型中波红外光学系统
CN212675207U (zh) 一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头
CN205720847U (zh) 一种1.3～5um宽波段红外成像镜头
CN209979915U (zh) 大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头
CN103197405B (zh) 一种近红外波段消热差光学镜头
CN205507188U (zh) f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头
CN110955032B (zh) 大靶面高分辨率光学无热化镜头及其工作方法
CN106680969A (zh) 一种无热化超大视场中波红外光学系统
CN102980666A (zh) 高精度小型化红外光学系统
CN218272891U (zh) 一种短距离探测近红外望远镜

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: Suzhou City, Jiangsu province 215137 Xiangcheng District Ji Road No. 8

Patentee after: Soochow University

Address before: 215123 Suzhou City, Suzhou Province Industrial Park, No. love road, No. 199

Patentee before: Soochow University

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120919

Termination date: 20150514

EXPY Termination of patent right or utility model