CN103744167A - 温度自适应双视场制冷红外光学系统 - Google Patents

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赵翠玲
李晓雷
马萄
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Abstract

本发明涉及一种温度自适应双视场制冷红外光学系统。从物方到像方依次包括正屈光度的前固定组、负屈光度的变倍组、正屈光度的后固定组、保护玻璃、冷屏和像面，所述的前固定组由一片凸面朝向物侧的弯月型的第一透镜构成；所述的变倍组一片凸面朝向物侧的弯月型的第二透镜构成；所述的后固定组由三片凸面朝向物侧的弯月型第三、第四、第五透镜构成。它结构简单，尺寸较小，装配容易，透过率高，相对口径大、冷光阑效率100%，在降低成本的同时性能还得到了提高。

Description

温度自适应双视场制冷红外光学系统
技术领域
本发明属于红外热成像领域，尤其涉及一种温度自适应双视场制冷红外光学系统。
背景技术
红外热成像系统具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强以及能在一定程度上识别伪装目标等特点，在军事上被广泛应用于红外夜视、红外侦察以及红外制导等。非制冷探测器虽然具有价格低、体积小、重量轻、功耗低等优点，但是其灵敏度较低，而中波制冷探测器由于灵敏度高，其价格比同类型长波探测器具有更明显的优势。为了满足对远距离目标的搜索和跟踪，温度自适应双视场制冷红外光学系统在民用和军用领域有着良好的应用前景。
红外热成像系统必需对其进行无热化设计，否则温度变化将影响光学系统的成像性能。之前报道的双视场制冷红外光学系统的无热化主要采用机电主动式和机械被动式等非光学手段来补偿温度变化对系统的影响，系统复杂，增加了重量，且有滞后效应，并且多数采用二次成像方式，缺点是玻璃数量增加，增加了系统长度，从而降低了系统的透过率，增大了系统的成本和重量。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种温度自适应双视场制冷红外光学系统，它结构简单，尺寸较小，装配容易，透过率高，相对口径大、冷光阑效率100%，在降低成本的同时性能还得到了提高。
本发明是通过如下技术措施实现的：从物方到像方依次包括具有正屈光度的前固定组、负屈光度的变倍组和正屈光度的后固定组，所述的前固定组由一片凸面朝向物侧的弯月型透镜构成，用于会聚收光；变倍组由一片凸面朝向物侧的弯月型透镜构成，用于改变系统的焦距，增加变倍倍率；后固定组由三片凸面朝向物侧的弯月型透镜构成，用于会聚收光。
本发明的优点，提供一种温度自适应双视场制冷红外光学系统，该光学系统在被动无热化技术的基础上，仅仅通过材料的合理选择，非球面系数的合理优化，通过五个镜片就在两个视场同时实现了系统的被动无热化，解决了非光学热补偿手段而引起的滞后效应，本发明设计的光学系统结构简单、尺寸较小、装配容易、透过率高，相对口径大、冷光阑效率100%，在降低成本的同时性能还得到了提高。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2A-2C为本发明在大视场下-45℃、20℃和70℃的MTF；
图3A-3C为本发明在小视场下-45℃、20℃和70℃的MTF；
具体实施方式
如图1所示，从物方到像方依次包括正屈光度的前固定组15、负屈光度的变倍组16、正屈光度的后固定组17、保护玻璃6、冷屏7和像面8，所述的前固定组15由一片凸面朝向物侧的弯月型的第一透镜1构成，用于会聚收光；所述的变倍组16由一片凸面朝向物侧的弯月型的第二透镜2构成，用于改变系统的焦距，增加变倍倍率；所述的后固定组17由三片凸面朝向物侧的弯月型第三、第四、第五透镜3、4、5构成，用于会聚收光。
所述的第二透镜2的前表面S3，第四透镜的后表面S8为非球面。
以下表三内容将举出本发明的实施例参数。
Figure BDA0000443326210000021
在表一中，曲率半径是指每个表面的曲率半径，间距是指两相邻表面间的距离，举例来说，表面S1的间距，即表面S1至表面S2间的距离。备注栏中各透镜所对应的厚度、玻璃材料请参同列中各间距、玻璃材料对应的数值。Infinity为无穷远。
表二列出第二透镜2的前表面S3、第四透镜4的后表面S8的非球面系数。
Figure BDA0000443326210000031
非球面以面定点为基准的光轴方向的位变定义如下：
Z=(1/R)Y^2/[1+【1-(1+K)(Y/R)^2】^1/2]+A(Y^4)+B(Y^6)+C(Y^8)+D(Y^10)
其中，Z-光轴方向的位变，Y-光轴的高，R-近轴曲率半径，K-Conic系数，A、B、C-非球面系数，^2-二次方，^4-四次方，^6-六次方，^8-八次方，^10-十次方。
在表三中分别列出本发明的参数值。
Figure BDA0000443326210000032
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种温度自适应双视场制冷红外光学系统，其特征在于：从物方到像方依次包括正屈光度的前固定组（15）、负屈光度的变倍组（16）、正屈光度的后固定组（17）、保护玻璃6、冷屏7和像面8，所述的前固定组（15）由一片凸面朝向物侧的弯月型的第一透镜（1）构成；所述的变倍组（16）一片凸面朝向物侧的弯月型的第二透镜（2）构成；所述的后固定组17由三片凸面朝向物侧的弯月型第三、第四、第五透镜（3、4、5）构成。
2.根据权利要求1所述的温度自适应双视场制冷红外光学系统，其特征在于：所述的光学系统见表一。
Figure FDA0000443326200000011
3.根据权利要求1所述的温度自适应双视场制冷红外光学系统，其特征在于：所述的第二透镜（2）的前表面（S3）、第四透镜的后表面（S8）为非球面。
4.根据权利要求3所述的温度自适应双视场制冷红外光学系统，其特征在于：所述的第二透镜（2）的前表面（S3）、第四透镜（4）的后表面（S8）的非球面系数见表二。
Figure FDA0000443326200000012
Figure FDA0000443326200000021
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114355584A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 福建福光股份有限公司 一种红外中长波双波段无热差制冷镜头
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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