CN106405800A - 长波红外5mm光学被动消热差镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长波红外5mm光学被动消热差镜头，包括主镜筒、设置在主镜筒内的光学系统，光学系统包括沿光线自左向右入射方向依次设置的负弯月透镜A、第一双凸透镜B、固定光阑C、第二双凸透镜D，负弯月透镜A和双凸透镜B之间的空气间隔是1.52mm，第一双凸透镜B和固定光阑C之间的空气间隔是5.43mm，固定光阑与第二双凸透镜D之间的空气间隔是2.13mm，本发明镜头结构简单、紧凑，克服温度对红外镜头成像性能的影响，通过合理分配各镜片光焦度，采用具有低温度折射率系数（dn/dt）特点的红外硫系玻璃，实现温度自适应的光学被动消热差，使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量，降低了镜片的加工难度与成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种长波红外5mm光学被动消热差镜头。
背景技术
随着红外光学技术的发展，红外光学镜头的使用范围越来越广，在一些许多的使用场合中，红外镜头的工作温度变化范围很大。当镜头的使用温度发生变化时，由于光学、机械材料的热胀冷缩以及光学材料折射率随温度的变化，必然会导致光学系统靶面偏移，进而导致成像质量下降。因此，在进行光学系统设计中，必须采用消热差技术使红外镜头在一个较大的温度变化范围内均具有良好的成像质量。
光学系统的消热差技术可分为主动消热差和被动式消热差两类，主动式消热差是利用测温技术与伺服技术调焦实现的，系统结构复杂。被动式消热差又分为机械被动式消热差和光学被动式消热差两种：机械被动式消热差技术一般是利用镜体材料产生与焦面漂移反向、等量的热变形来实现的；光学被动式消热差技术是利用光学材料热特性之间的差异，通过合理分配材料和光焦度，消除光学系统最佳像面随温度的偏移。其中机械被动式消热差技术的无热化效果及可靠性差，且镜头尺寸偏大偏重，而光学被动式消热差技术与其他消热差技术相比，具有结构简单、质量轻，无需额外添加调焦机构、成本低、可靠性高等优点。因此，光学被动消热差技术成为目前研究的热点。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种长波红外5mm光学被动消热差镜头。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种长波红外5mm光学被动消热差镜头，包括主镜筒、设置在主镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线自左向右入射方向依次设置的负弯月透镜A、第一双凸透镜B、固定光阑C、第二双凸透镜D。
进一步的，所述负弯月透镜A和双凸透镜B之间的空气间隔是1.52mm，所述第一双凸透镜B和固定光阑C之间的空气间隔是5.43mm，所述固定光阑与第二双凸透镜D之间的空气间隔是2.13mm。
进一步的，所述负弯月透镜A、第一双凸透镜B及第二双凸透镜D均采用的是同一种长波红外硫系玻璃制成。
进一步的，所述第二双凸透镜的D物侧面为非球面。
进一步的，所述非球面满足下列表达式：
式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。
进一步的，所述主镜筒内部设置有A片压圈、AB隔圈、C片压圈，A片压圈设置于负弯月透镜A左侧，AB隔圈设置于负弯月透镜A、第一双凸透镜B之间，C片压圈第二双凸透镜D右侧。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：镜头结构简单、紧凑，克服温度对红外镜头成像性能的影响。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明的光学系统示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明在常温（20℃）下的MTF图；
图4 为本发明在高温（80℃）下的MTF图；
图5 为本发明在低温（-40℃）下的MTF图。
图中：A-负弯月透镜A、B-第一双凸透镜B、C-固定光阑C、D-第二双凸透镜D、1-A片压圈，2-AB隔圈，3-主镜筒，4-C片压圈。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1~5所示，一种长波红外5mm光学被动消热差镜头，包括主镜筒、设置在主镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线自左向右入射方向依次设置的负弯月透镜A、第一双凸透镜B、固定光阑C、第二双凸透镜D。
在本实施例中，所述负弯月透镜A和双凸透镜B之间的空气间隔是1.52mm，所述第一双凸透镜B和固定光阑C之间的空气间隔是5.43mm，所述固定光阑与第二双凸透镜D之间的空气间隔是2.13mm。
光学元件参数如下表：
在本实施例中，面1的间距是指面1与面2表面之间的中心距离，其他以此类推。
在本实施例中，所述负弯月透镜A、第一双凸透镜B及第二双凸透镜D均采用的是同一种长波红外硫系玻璃制成，在光学设计中，通过合理分配各镜片光焦度，采用具有低温度折射率系数（dn/dt）特点的红外硫系玻璃，实现温度自适应的光学被动消热差。
在本实施例中，所述第二双凸透镜的D物侧面为非球面。
在本实施例中，所述非球面满足下列表达式：
式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。
非球面数据如下：
在本实施例中，镜头采用一体的形式将光学系统安置在主镜筒内，所述主镜筒内部设置有A片压圈、AB隔圈、C片压圈，A片压圈设置于负弯月透镜A左侧用于将负弯月透镜A锁紧在主镜筒上，AB隔圈设置于负弯月透镜A、第一双凸透镜B之间，C片压圈第二双凸透镜D右侧用于将第二双凸透镜D锁紧在主镜筒上。
本发明的光学系统达到了如下的技术指标：
（1）工作波段：8μm-12μm；（2）焦距：f′=5.0mm；（3）探测器：长波红外非制冷型160*120，25μm；（4）视场角：43.0°（H）×32.4°（V）；（5）相对孔径D/ f′：1/1.0；（6）光学总长23.0mm。
在本实施例中，本镜头可以与长波红外非制冷型160*120 25um探测器匹配，执行测温、安防监控等任务。
本发明具有以下有益效果：镜头结构简单、紧凑，克服温度对红外镜头成像性能的影响，通过合理分配各镜片光焦度，采用具有低温度折射率系数（dn/dt）特点的红外硫系玻璃，实现温度自适应的光学被动消热差，使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量，降低了镜片的加工难度与成本。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的长波红外5mm光学被动消热差镜头。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种长波红外5mm光学被动消热差镜头，其特征在于：包括主镜筒、设置在主镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线自左向右入射方向依次设置的负弯月透镜A、第一双凸透镜B、固定光阑C、第二双凸透镜D,所述负弯月透镜A和双凸透镜B之间的空气间隔是1.52mm，所述第一双凸透镜B和固定光阑C之间的空气间隔是5.43mm，所述固定光阑与第二双凸透镜D之间的空气间隔是2.13mm。
2.根据权利要求1所述的长波红外5mm光学被动消热差镜头，其特征在于：所述负弯月透镜A、第一双凸透镜B及第二双凸透镜D均采用的是同一种长波红外硫系玻璃制成。
3.根据权利要求1所述的长波红外5mm光学被动消热差镜头，其特征在于：所述第二双凸透镜的D物侧面为非球面。
4.根据权利要求3所述的长波红外5mm光学被动消热差镜头，其特征在于：所述非球面满足下列表达式：
式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。
5.根据权利要求1所述的长波红外5mm光学被动消热差镜头，其特征在于：所述主镜筒内部设置有A片压圈、AB隔圈、C片压圈，A片压圈设置于负弯月透镜A左侧，AB隔圈设置于负弯月透镜A、第一双凸透镜B之间，C片压圈第二双凸透镜D右侧。
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