CN104330874A - 一种非制冷型红外光学系统 - Google Patents

一种非制冷型红外光学系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104330874A
CN104330874A CN201410586191.4A CN201410586191A CN104330874A CN 104330874 A CN104330874 A CN 104330874A CN 201410586191 A CN201410586191 A CN 201410586191A CN 104330874 A CN104330874 A CN 104330874A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
optical system
infrared optical
negative power
detector
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.)
Granted
Application number
CN201410586191.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104330874B (zh
Inventor
刘环宇
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.)
Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Original Assignee
Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
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 Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC filed Critical Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Priority to CN201410586191.4A priority Critical patent/CN104330874B/zh
Publication of CN104330874A publication Critical patent/CN104330874A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104330874B publication Critical patent/CN104330874B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/0045—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having five or more lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/008—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras designed for infrared light

Abstract

本发明涉及一种非制冷型红外光学系统，采用五片透镜组合，从物方到像方按顺序由负光焦度第一透镜、正光焦度第二透镜、孔径光阑、负光焦度第三透镜、正光焦度第四透镜、负光焦度第五透镜、探测器组成。其工作波段为8～12μm，F/#为1.0，焦距为14.5mm，探测器采用VOX非制冷探测器，视场为62°×48.5°，整个光学系统长度为70mm。利用红外光学材料热特性之间的差异，合理选择透镜材料、分配光焦度，同时利用非球面，使整个光学系统成像质量良好，畸变在-5％范围内。

Description

一种非制冷型红外光学系统
技术领域
本发明涉及一种非制冷型红外光学系统，属于光学系统设计技术领域。
背景技术
长波非制冷探测器在国外已经开始产业化，目前，美国、法国等欧美国家已经生产出探测器列阵规模640×480，像元中心距25μm的氧化钒微测辐射热计探测器，日本、以色列也在开展相关产品的研发。
随着探测器技术的发展，非制冷光学设计技术也取得了相应的发展，并广泛应用于民用工程和军事领域中。特别是在近距离监视观察方面，通常要求大视场成像，并对成像质量和畸变有较高的要求。随着光学系统视场的增大，各种大视场像差对系统的影响变得非常严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种非制冷型红外光学系统，用以解决随着光学系统视场的增大，各种大视场像差对系统的影响变得非常严重的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种非制冷型红外光学系统，设置在镜筒内，该红外光学系统包括孔径光阑和同光轴设立的5片透镜，从物方到像方依次为：负光焦度的第一透镜，正光焦度的第二透镜、孔径光阑、负光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜、负光焦度的第五透镜。
第一透镜弯向物方，第二透镜弯向物方，第三透镜弯向像方，第四透镜弯向像方，第五透镜弯向物方。
第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的材料为锗，第五透镜的材料为硒化锌。
第二透镜靠近物方的表面、第三透镜靠近物方的表面采用非球面结构，第四透镜靠近像方的表面采用非球面结构。
红外光学系统还包括探测器，该探测器的焦平面设置在负光焦度的第五透镜之后，用于接收第五透镜透射出的光信号。
整个光学系统长度为70mm，本发明的结构相对简单，占有的空间小，但是能够有效地实现要求的大视场高分辨率。
通过采用多个非球面相结合，增加了光学系统设计过程中的自由度，协调校正系统的慧差、球差、像散、畸变等像差。
利用红外光学材料热特性之间的差异，合理选择透镜材料、分配光焦度，同时利用非球面，使整个光学系统成像质量良好，畸变在-5％范围内。
孔径光阑设置在光学系统的中间位置，类似双高斯构型，通过采用双高斯构型，并合理选择非球面，有效的遏制各种像差对系统的影响。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是光学系统的畸变图；
图3是光学系统的传递函数图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
一种非制冷型红外光学系统，设置在镜筒内，该红外光学系统包括孔径光阑和同光轴设立的5片透镜，从物方到像方依次为：负光焦度的第一透镜，正光焦度的第二透镜、孔径光阑、负光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜、负光焦度的第五透镜。
基于以上技术方案，结合附图，给出以下一个具体实施方式。
一种非制冷型红外光学系统，整个光学系统设置在镜筒内，镜筒材质为铝。如图1所示，该光学系统由五块透镜和孔径光阑组成，从物方到像方依次为透镜Ⅰ、透镜Ⅱ、孔径光阑、透镜Ⅲ、透镜Ⅳ、透镜Ⅴ、探测器。探测器的焦平面设置在透镜Ⅴ之后，用于接收透镜Ⅴ透射出的光信号。
前四片透镜采用双高斯构型，孔径光阑位于透镜Ⅱ和透镜Ⅲ之间。其中，透镜Ⅰ为负光焦度透镜，弯向物方，采用锗材料；透镜Ⅱ为正光焦度透镜，弯向物方，采用锗材料；透镜Ⅲ为负光焦度透镜，弯向像方，采用锗材料；透镜Ⅳ为正光焦度透镜，弯向像方，采用锗材料；透镜Ⅴ为负光焦度透镜，弯向物方，采用硒化锌材料，形成光焦度-、+、-、+、-构型。
透镜Ⅱ、透镜Ⅲ靠近物方的表面采用非球面，透镜Ⅳ的靠近像方的表面采用非球面，其它透镜表面都为球面。通过采用多个非球面相结合，增加了光学系统设计过程中的自由度，协调校正系统的慧差、球差、像散、畸变等像差，图2是该光学系统的畸变图。
本发明提供的红外光学系统的一组具体光学参数，如表1所示。
表1
表1中，透镜表面的依次顺序是按“从物方到像方”的顺序。
该光学系统的设计参数为：
工作波段：8～12μm；
探测器：采用VOX非制冷探测器，像元数1024×768，像元17um；
F数：1.0；
视场角：62°×48.5°。
该光学系统成像质量良好，在空间频率30l线对(lp/mm)时成像质量传递函数大于0.45，图3是该光学系统的传递函数图。整个光学系统满足以下(1)、(2)公式要求：
光焦度分配满足总光焦度；即
其中为透镜的光焦度，hi为近轴光线在透镜上的入射高度，为系统的总光焦度；
总色差系数要求：
其中：Ci为第i个透镜的色差系数，hi为近轴光线在透镜上的入射高度。
对于像元大小为17μm的非制冷型探测器光学系统，要求在30lp/mm空间频率处光学传递函数接近衍射极限。按逐步逼近的原则，在控制误差函数、畸变约束的条件下，释放各个透镜的优化变量，同时引入非球面，反复分析与优化中间结构，直接获得令人满意的、满足设计指标和性能要求的光学系统。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种非制冷型红外光学系统，设置在镜筒内，其特征在于，所述红外光学系统包括孔径光阑和同光轴设立的5片透镜，从物方到像方依次为：负光焦度的第一透镜，正光焦度的第二透镜、孔径光阑、负光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜、负光焦度的第五透镜。
2.根据权利要求1所述的非制冷型红外光学系统，其特征在于，所述第一透镜弯向物方，所述第二透镜弯向物方，所述第三透镜弯向像方，所述第四透镜弯向像方，所述第五透镜弯向物方。
3.根据权利要求2所述的非制冷型红外光学系统，其特征在于，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的材料为锗，第五透镜的材料为硒化锌。
4.根据权利要求3所述的非制冷型红外光学系统，其特征在于，第二透镜靠近物方的表面、第三透镜靠近物方的表面采用非球面结构，第四透镜靠近像方的表面采用非球面结构。
5.根据权利要求4所述的非制冷型红外光学系统，其特征在于，所述红外光学系统还包括探测器，所述探测器的焦平面设置在负光焦度的第五透镜之后，用于接收第五透镜透射出的光信号。
CN201410586191.4A 2014-10-27 2014-10-27 一种非制冷型红外光学系统 Active CN104330874B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410586191.4A CN104330874B (zh) 2014-10-27 2014-10-27 一种非制冷型红外光学系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410586191.4A CN104330874B (zh) 2014-10-27 2014-10-27 一种非制冷型红外光学系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104330874A true CN104330874A (zh) 2015-02-04
CN104330874B CN104330874B (zh) 2018-02-13

Family

ID=52405631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410586191.4A Active CN104330874B (zh) 2014-10-27 2014-10-27 一种非制冷型红外光学系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104330874B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105807398A (zh) * 2016-01-20 2016-07-27 玉晶光电(厦门)有限公司 便携式电子装置与其光学成像镜头
CN105807399A (zh) * 2016-01-20 2016-07-27 玉晶光电(厦门)有限公司 可携式电子装置与其光学成像镜头
CN106802465A (zh) * 2015-11-26 2017-06-06 三星电机株式会社 光学成像系统
CN109407273A (zh) * 2018-11-14 2019-03-01 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种可见光、中波红外和长波红外共光路光学系统
WO2021097953A1 (zh) * 2019-11-22 2021-05-27 诚瑞光学(常州)股份有限公司 摄像光学镜头
CN112946907A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机
CN113448063A (zh) * 2021-05-21 2021-09-28 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种大视场大相对孔径中波红外镜头
CN113625419A (zh) * 2020-05-07 2021-11-09 宁波舜宇车载光学技术有限公司 光学镜头及包括该光学镜头的成像设备
CN115128772A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 凯迈（洛阳）测控有限公司 一种大视场光学被动无热化非制冷红外光学系统
CN115824417A (zh) * 2022-11-17 2023-03-21 四川省星时代智能卫星科技有限公司 一种基于非制冷探测器的快照式星载热红外光学系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102062932A (zh) * 2010-10-22 2011-05-18 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 非制冷双视场红外光学系统
CN103076664A (zh) * 2011-10-25 2013-05-01 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 镜头系统
CN103424847A (zh) * 2012-05-18 2013-12-04 大立光电股份有限公司 影像镜头系统组
CN103477264A (zh) * 2011-03-30 2013-12-25 富士胶片株式会社 图像拍摄镜头和图像拍摄设备
CN103809271A (zh) * 2013-12-20 2014-05-21 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
CN203838394U (zh) * 2014-02-20 2014-09-17 山东神戎电子股份有限公司 一种小尺寸非制冷双视场红外光学系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102062932A (zh) * 2010-10-22 2011-05-18 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 非制冷双视场红外光学系统
CN103477264A (zh) * 2011-03-30 2013-12-25 富士胶片株式会社 图像拍摄镜头和图像拍摄设备
CN103076664A (zh) * 2011-10-25 2013-05-01 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 镜头系统
CN103424847A (zh) * 2012-05-18 2013-12-04 大立光电股份有限公司 影像镜头系统组
CN103809271A (zh) * 2013-12-20 2014-05-21 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
CN203838394U (zh) * 2014-02-20 2014-09-17 山东神戎电子股份有限公司 一种小尺寸非制冷双视场红外光学系统

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11391924B2 (en) 2015-11-26 2022-07-19 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Optical imaging system
CN106802465A (zh) * 2015-11-26 2017-06-06 三星电机株式会社 光学成像系统
CN106802465B (zh) * 2015-11-26 2019-04-02 三星电机株式会社 光学成像系统
US10627601B2 (en) 2015-11-26 2020-04-21 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Optical imaging system
US11906708B2 (en) 2015-11-26 2024-02-20 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Optical imaging system
CN105807399A (zh) * 2016-01-20 2016-07-27 玉晶光电(厦门)有限公司 可携式电子装置与其光学成像镜头
CN105807398B (zh) * 2016-01-20 2018-04-24 玉晶光电(厦门)有限公司 便携式电子装置与其光学成像镜头
CN105807398A (zh) * 2016-01-20 2016-07-27 玉晶光电(厦门)有限公司 便携式电子装置与其光学成像镜头
CN109407273A (zh) * 2018-11-14 2019-03-01 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种可见光、中波红外和长波红外共光路光学系统
CN109407273B (zh) * 2018-11-14 2021-01-01 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种可见光、中波红外和长波红外共光路光学系统
WO2021097953A1 (zh) * 2019-11-22 2021-05-27 诚瑞光学(常州)股份有限公司 摄像光学镜头
CN113625419A (zh) * 2020-05-07 2021-11-09 宁波舜宇车载光学技术有限公司 光学镜头及包括该光学镜头的成像设备
CN113625419B (zh) * 2020-05-07 2023-11-03 宁波舜宇车载光学技术有限公司 光学镜头及包括该光学镜头的成像设备
CN112946907A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机
CN113448063B (zh) * 2021-05-21 2022-05-20 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种大视场大相对孔径中波红外镜头
CN113448063A (zh) * 2021-05-21 2021-09-28 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种大视场大相对孔径中波红外镜头
CN115128772A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 凯迈（洛阳）测控有限公司 一种大视场光学被动无热化非制冷红外光学系统
CN115824417A (zh) * 2022-11-17 2023-03-21 四川省星时代智能卫星科技有限公司 一种基于非制冷探测器的快照式星载热红外光学系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN104330874B (zh) 2018-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104330874A (zh) 一种非制冷型红外光学系统
CN103502868B (zh) 摄像透镜和设置有该摄像透镜的摄像装置
CN202256846U (zh) 光学影像撷取镜组
CN102213820B (zh) 摄像镜头及摄像模块
CN203350520U (zh) 摄像镜头
CN104317039B (zh) 一种折反式摄远物镜
CN106054354A (zh) 摄像镜头
US9612423B2 (en) Camera lens system
CN110007438B (zh) 一种数字航空测绘彩色相机远心光学系统
CN110007439B (zh) 一种数字航空测绘全色相机远心光学系统
CN107065140B (zh) 一种智能车载高像素广角镜头
CN209297022U (zh) 一种大视场大相对孔径长波红外光学系统
CN104297899B (zh) 大视场被动消热差短波红外光学系统
CN101957492A (zh) 摄影镜头
CN202735579U (zh) 一种非致冷长波红外超广角鱼眼镜头
CN105319669A (zh) 一种双波段红外光学系统
CN102033316B (zh) 长波长焦非制冷无热化红外光学系统
CN105301742A (zh) 一种高分辨率可见光/近红外共光路光学系统
CN101950067B (zh) 一种长波红外连续变焦镜头
CN110007440B (zh) 一种数字航空测绘全色相机光学系统
CN106547074B (zh) 一种红外鱼眼镜头
CN108957725A (zh) 改正型Schmidt望远镜光学系统
CN213517725U (zh) 一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头
CN114019652A (zh) 一种广角大靶面小畸变光学定焦镜头
CN104330867A (zh) 用于电视波段的大口径小f数光学系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant