CN109116526A - 长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头及其成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头，所述镜头的光学系统沿光线自左向右入射方向依次设有第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C以及第二负弯月透镜D。本发明采用“+、‑、+、‑”的结构形式，具有大孔径大通光量的特点，镜头重量较轻且结构简单、紧凑，此外为克服温度对红外镜头成像性能的影响，通过三种光学玻璃材料相互配合以及合理分配各镜片光焦度，使得各镜片在高低温环境下产生的离焦量相互抵消，从而实现温度自适应的光学无热化，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。
Description
技术领域
本发明涉及一种长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头及其成像方法。
背景技术
光学系统在经受较高及较低温度时，由于透镜元件、机械结构的膨胀或收缩，以及透镜材料的折射率增大或减小，会使得光学系统成像质量产生极大下降，尤其对红外光学系统更为严重。随着红外光学镜头的使用范围越来越广，在许多的使用场合中，红外镜头的工作温度变化范围很大，除非用户能够对镜头进行调焦，否则就需要无热化。
红外光学系统使用较多的无热化方式有两种：光学无热化和电动无热化。其中，光学无热化因其具有结构简单、质量轻，无需额外添加调焦机构、成本低、可靠性高等优点，成为红外光学系统无热化技术研究的热点。但是，当前采用光学无热化技术的红外光学系统多采用“+、-、+”的光学结构，普遍存在焦距短、通光量小、重量较重、系统偏长、无热化效果不理想等诸多缺点。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种结构简单的长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头及其成像方法。
本发明的技术方案是，一种长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头，所述镜头的光学系统沿光线自左向右入射方向依次设有第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C以及第二负弯月透镜D。
进一步的，所述第一正弯月透镜A和第一负弯月透镜B之间的空气间隔是47.75mm，所述第一负弯月透镜B和第二正弯月透镜C之间的空气间隔是16.50mm，所述第二正弯月透镜C与第二负弯月透镜D之间的空气间隔是0.20mm。
进一步的，所述第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C及第二负弯月透镜D所使用的材料按顺序分别为硫系玻璃、硒化锌、硫系玻璃及硫化锌。
进一步的，所述第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C及第二负弯月透镜D依次安装于主镜筒内，并用A片压圈压紧于主镜筒内；其中第二正弯月透镜C与第二负弯月透镜D之间设有CD隔圈，第一负弯月透镜B与第二正弯月透镜C之间设有BC隔圈，第一正弯月透镜A与第一负弯月透镜B之间设有AB隔圈。
一种长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头的成像方法，按以下步骤进行：光线自左向右依次经第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C、第二负弯月透镜D后成像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：采用“+、-、+、-”的结构形式，具有大孔径大通光量的特点，镜头重量较轻且结构简单、紧凑。此外，通过三种光学玻璃材料相互配合以及合理分配各镜片光焦度，使得各镜片在高低温环境下产生的离焦量相互抵消，从而实现温度自适应的光学无热化，克服了温度对红外镜头成像性能的影响，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。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为本发明的光学系统示意图；
图2为本发明的场曲畸变图；
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6为本发明的机械结构总图；
图中：A-第一正弯月透镜A，B-第一负弯月透镜B，C-第二正弯月透镜C，D-第二负弯月透镜D；
61-CD隔圈，62-BC隔圈，63-AB隔圈，64-主镜筒，65-A片压圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～6所示，一种长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头，所述镜头的光学系统沿光线自左向右入射方向依次设有第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C以及第二负弯月透镜D。
在本实施例中，所述第一正弯月透镜A和第一负弯月透镜B之间的空气间隔是47.75mm，所述第一负弯月透镜B和第二正弯月透镜C之间的空气间隔是16.50mm，所述第二正弯月透镜C与第二负弯月透镜D之间的空气间隔是0.20mm。
在本实施例中，所述第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C及第二负弯月透镜D所使用的材料按顺序分别为硫系玻璃、硒化锌、硫系玻璃及硫化锌，通过三种光学玻璃材料相互配合以及合理分配各镜片光焦度，使得各镜片在高低温环境下产生的离焦量相互抵消，从而实现温度自适应的光学无热化，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。
在本实施例中，所述第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C及第二负弯月透镜D依次安装于主镜筒64内，并用A片压圈65压紧于主镜筒内；其中第二正弯月透镜C与第二负弯月透镜D之间设有CD隔圈61，第一负弯月透镜B与第二正弯月透镜C之间设有BC隔圈62，第一正弯月透镜A与第一负弯月透镜B之间设有AB隔圈63。
一种长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头的成像方法，按以下步骤进行：光线自左向右依次经第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C、第二负弯月透镜D后成像。
在本实施例中，所述第一正弯月透镜A的后表面及第二负弯月透镜D的前表面为非球面，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，非球面系数如下表所示：
在本实施例中，由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：（1）工作波段：8μm-12μm；（2）焦距：f′=90.0mm；（3）探测器：长波红外非制冷型640*512，17μm；（4）视场角：6.92°（H）×5.54°（V）；（5）相对孔径D/ f′：1/1.0；（6）光学系统总长92.0mm。
在本实施例中，各镜片的参数如下表所示：
在本实施例中，本镜头可以与长波红外非制冷型640*512、17um探测器匹配，用于机载及陆上等多种平台，执行测温、安防监控等任务。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统沿光线自左向右入射方向依次设有第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C以及第二负弯月透镜D。
2.根据权利要求1所述的长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头，其特征在于：所述第一正弯月透镜A和第一负弯月透镜B之间的空气间隔是47.75mm，所述第一负弯月透镜B和第二正弯月透镜C之间的空气间隔是16.50mm，所述第二正弯月透镜C与第二负弯月透镜D之间的空气间隔是0.20mm。
3.根据权利要求1所述的长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头，其特征在于：所述第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C及第二负弯月透镜D所使用的材料按顺序分别为硫系玻璃、硒化锌、硫系玻璃及硫化锌。
4.根据权利要求1所述的长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头，其特征在于：所述第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C及第二负弯月透镜D依次安装于主镜筒内，并用A片压圈压紧于主镜筒内；其中第二正弯月透镜C与第二负弯月透镜D之间设有CD隔圈，第一负弯月透镜B与第二正弯月透镜C之间设有BC隔圈，第一正弯月透镜A与第一负弯月透镜B之间设有AB隔圈。
5.一种长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头的成像方法，其特征在于，采用如权利要求1-4所述的任一种长波红外大孔径大通光量光学无热化镜头，并按以下步骤进行：光线自左向右依次经第一正弯月透镜A、第一负弯月透镜B、第二正弯月透镜C、第二负弯月透镜D后成像。
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