CN103809271A - 一种大口径被动消热差红外光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大口径被动消热差红外光学镜头。外筒的从前至后分别同光轴固定负屈光度的第一透镜、正屈光度的第二透镜、负屈光度的第三透镜、负屈光度的第四透镜、正屈光度的第五透镜、保护玻璃、像平面，其中负屈光度的第三透镜与负屈光度的第四透镜之间通过内筒定距，所述的负屈光度的第一透镜通过固定在外筒上前端盖定位，所述的保护玻璃和像平面通过固定在外筒上后端盖定位，所述的第二透镜的前表面为非球面，第三透镜的后表面为非球面。该镜头仅仅通过材料的合理选择，非球面系数的合理优化，通过五个镜片既解决了系统的大相对口径，又能解决在较大温度范围内系统被动无热化的问题，该镜头在较大温度范围内无需焦调即可满足使用要求，便于监控。

Description

一种大口径被动消热差红外光学镜头

技术领域

本发明属于光学监控领域，尤其涉及一种大口径被动消热差的红外光学镜头。

背景技术

在完全被动的监控领域，需要使用无照明光源的红外镜头。目前有两种红外镜头：1、制冷红外镜头，制冷红外镜头需要使用庞大的制冷设备，耗电量大，结构复杂。2、非制冷红外镜头，非制冷红外镜头需要使用大口径的镜头，设计困难。在国际上，以美国法国的红外成像技术最为领先，英国、日本、荷兰等国家也在积极的发展非制冷红外镜头。与世界水平相比，我国在非制冷红外镜头技术方面与国外的差距仍然很大。而且由于军用光学系统大都工作在较恶劣的环境温度范围内，红外光学材料的折射率温度系数较大，环境温度变化会造成红外光学系统产生热离焦并导致像质降低，所以要通过少数的镜片实现被动无热化非常困难。

之前报道的非制冷红外镜头都为调焦镜头，在温度变化时会产生热离焦并导致像质降低，需要手动、机械或机电等方式对补偿机构进行调节，增加了系统的工艺性、体积、重量和成本，并且会产生滞后效应。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种大口径被动消热差红外光学镜头，仅用常用的红外材料在不使用特殊光学元件的基础上，使光学系统既能实现较大的相对口径，又能解决在较大温度范围内无需调焦而又能实现系统被动无热化的问题。

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：外筒的从前至后分别同光轴固定负屈光度的第一透镜、正屈光度的第二透镜、负屈光度的第三透镜、负屈光度的第四透镜、正屈光度的第五透镜、保护玻璃、像平面，其中负屈光度的第三透镜与负屈光度的第四透镜之间通过内筒定距，所述的负屈光度的第一透镜通过固定在外筒上前端盖定位，所述的保护玻璃和像平面通过固定在外筒上后端盖定位，所述的第二透镜的前表面为非球面，第三透镜的后表面为非球面。

本发明的优点，提供一种大口径被动消热差红外光学镜头，该镜头结构件使用材料钢，钢的热膨胀系数较小，所以红外光学系统因环境温度变化引起的热离焦量就越小，有利于提高全温度范围内的成像质量。该镜头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，通过五个镜片既解决了系统的大相对口径，又能解决在较大温度范围内系统被动无热化的问题，该镜头在较大温度范围内无需焦调即可满足使用要求，便于监控。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明结构示意图；

图2A为本发明20℃的光学传递函数曲线图；

图2B为本发明45℃光学传递函数曲线图；

图2C为本发明70℃的光学传递函数曲线图；

图3A3C分别为本发明光学系统在20℃、45℃和70℃的场曲、畸变曲线图。

具体实施方式

如图1所示，外筒9的从前至后分别同光轴固定负屈光度的第一透镜1、正屈光度的第二透镜2、负屈光度的第三透镜3、负屈光度的第四透镜4、正屈光度的第五透镜5、保护玻璃6、像平面7，其中负屈光度的第三透镜3与负屈光度的第四透镜4之间通过内筒10定距，所述的负屈光度的第一透镜1通过固定在外筒9上前端盖8定位，所述的保护玻璃6和像平面7通过固定在外筒9上后端盖(图中未画出)定位，所述的第二透镜2的前表面为非球面，第三透镜3的后表面为非球面。

值得一提的是，本实例的大口径被动消热差红外光学系统仅采用二个非球面，没有使用特殊光学元件，且结构简单、尺寸较小、装配容易、透过率高。

发明的实施例参数见表一。

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S2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。

所述第二透镜2的前表面、第三透镜3的后表面的非球面系数见表二。

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。

本发明的光学参数见表三。

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 (3)

1.一种大口径被动消热差红外光学镜头，其特征在于：外筒(9)的从前至后分别同光轴固定负屈光度的第一透镜(1)、正屈光度的第二透镜(2)、负屈光度的第三透镜(3)、负屈光度的第四透镜(4)、正屈光度的第五透镜(5)、保护玻璃(6)、像平面(7)，其中负屈光度的第三透镜(3)与负屈光度的第四透镜(4)之间通过内筒(10)定距，所述的负屈光度的第一透镜(1)通过固定在外筒(9)上前端盖(8)定位，所述的保护玻璃(6)和像平面(7)通过固定在外筒(9)上后端盖定位，所述的第二透镜(2)的前表面为非球面，第三透镜(3)的后表面为非球面。

2.根据权利要求1所述的大口径被动消热差红外光学镜头，其特征在于：所述的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、保护玻璃(6)和像平面(7)的参数见表一。

3.根据权利要求1所述的大口径被动消热差红外光学镜头，其特征在于：所述第二透镜(2)的前表面、第三透镜(3)的后表面的非球面系数见表二。

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