CN109471240B - 一种长焦红外光学无热化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长焦红外光学无热化系统，包括沿光线入射方向依次设置的弯月负透镜A、弯月正透镜B、弯月正透镜C及双凸正透镜D；所述弯月负透镜A与弯月正透镜B的空气间隔为4.1mm；弯月正透镜B与弯月正透镜C的空气间隔为39mm；弯月正透镜C与双凸正透镜C的空气间隔为6.2mm。结构紧凑、重量轻、成本低，并可进行大批量生产的大靶面长焦红外光学无热化镜头。
Description
技术领域
本发明涉及一种长焦红外光学无热化系统。
背景技术
随着红外光学技术的发展，红外镜头在军用和民用领域均得到了广泛的应用。这两个领域均要求红外镜头成像质量高、体积小、重量轻、在不同温度环境下保持工作性能。但对于民用领域，还要求镜头成本低并能实现大批量生产。但是目前民用领域上大多数长焦红外无热化镜头为了实现消色差和热差，通常采用硒化锌来进行矫正。由于大口径的硒化锌成本高，无法满足民用领域低成本的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长焦红外光学无热化系统，结构紧凑、重量轻、成本低，并可进行大批量生产的大靶面长焦红外光学无热化镜头。
本发明的技术方案在于：一种长焦红外光学无热化系统，包括沿光线入射方向依次设置的弯月负透镜A、弯月正透镜B、弯月正透镜C及双凸正透镜D；所述弯月负透镜A与弯月正透镜B的空气间隔为4.1mm；弯月正透镜B与弯月正透镜C的空气间隔为39mm；弯月正透镜C与双凸正透镜C的空气间隔为6.2mm。
进一步地，设定焦距为f，弯月负透镜A的焦距为f1并满足3<f1/f<8；所述弯月正透镜B的焦距为f2并满足0.5<f2/f<2.0；弯月正透镜C的焦距为f3并满足1.0<f3/f<2.0；双凸正透镜D的焦距为f4并满足0.5<f4/f<2.0。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该长焦红外光学无热化系统，采用四片式结构，结构紧凑、重量轻、成本低，合理分配光焦度，结合使用偶次非球面和衍射面来平衡系统像差及热差，使得光学系统的结构简单紧凑，成像质量更好，通过曲率及厚度的调整降低了各个光学件的敏感度，使得该镜头更易于加工与装调。并且该系统具有较大的靶面，可拍摄较大范围的景物；系统采用锗与硫系玻璃两种材料结合，利用衍射面特殊的色差和热差特性代替硒化锌，矫正长焦镜头色差的同时使得高低温条件下的像质得到改善，实现短小轻型低成本的光学无热化系统；结合使用偶次非球面，较好地平衡像差，使像质进一步提升；通过调整曲率半径及镜片厚度间隔，降低各个光学件的敏感度，使得该镜头更易于加工与装调。
附图说明
图1为本发明的光学结构图；
图2为本发明常温环境下的MTF值；
图3为本发明低温-40℃环境下的MTF值；
图4为本发明高温80℃环境下的MTF值；
图5为本发明常温下场曲畸变图；
图中：A-弯月负透镜A B-弯月正透镜B C-弯月正透镜C D-双凸正透镜D。
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，但本发明并不限于此。
参考图1至图5
一种长焦红外光学无热化系统，包括沿光线入射方向依次设置的弯月负透镜A、弯月正透镜B、弯月正透镜C及双凸正透镜D；所述弯月负透镜A与弯月正透镜B的空气间隔为4.1mm；弯月正透镜B与弯月正透镜C的空气间隔为39mm；弯月正透镜C与双凸正透镜C的空气间隔为6.2mm。
本实施例中，设定焦距为f，弯月负透镜A的焦距为f1并满足3<f1/f<8；所述弯月正透镜B的焦距为f2并满足0.5<f2/f<2.0；弯月正透镜C的焦距为f3并满足1.0<f3/f<2.0；双凸正透镜D的焦距为f4并满足0.5<f4/f<2.0。
本实施例中，此光学结构平行平板位于D镜片及IMA项目之间。
本实施例中，此光学结构的具体性能参数为：
（1）焦距：EFFL=58mm；
（2）F数=1.0；
（3）视场角：2w≥19°；
（4）光学畸变：≤2%；
（5）成像圆直径等于Ф20；
（6）工作光谱范围：8um～12um；
（7）光学总长TTL≤87mm，光学后截距≥13.5mm；
（8）该镜头适用于1280*1024，12um非制冷长波红外探测器。
本实施例中，光学元件参数表，如下表1所示：
。
本实施例中，非球面及衍射面相关数据，如下表2所示：
。
非球面表达式为：
其中，Z代表光轴方向的位置，r代表相对光轴的垂直方向上的高度，c代表曲率半径，k代表圆锥系数，代表非球面系数。在非球面数据中，E-n代表“/>”，例如1.823E-008代表/>。
衍射面zemax中的相位分布函数=：
。
本实施例中，由图2可以看出，该镜头具有较高的分辨率，满足1280*1024，12um非制冷探测器的传函需求。由图3、图4可知，该镜头在高温及低温的环境下MTF衰减很小，实现了镜头的光学无热化性能。由图5可知，该镜头满足畸变要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的长焦红外光学无热化系统并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (1)
1.一种长焦红外光学无热化系统，其特征在于，包括沿光线入射方向依次设置的弯月负透镜A、弯月正透镜B、弯月正透镜C及双凸正透镜D；所述弯月负透镜A与弯月正透镜B的空气间隔为4.1mm；弯月正透镜B与弯月正透镜C的空气间隔为39mm；弯月正透镜C与双凸正透镜C的空气间隔为6.2mm；设定焦距为f，弯月负透镜A的焦距为f1并满足3<f1/f<8；所述弯月正透镜B的焦距为f2并满足0.5<f2/f<2.0；弯月正透镜C的焦距为f3并满足1.0<f3/f<2.0；双凸正透镜D的焦距为f4并满足0.5<f4/f<2.0；弯月负透镜A的厚度为5.3mm，弯月正透镜B的厚度为7.0mm；弯月正透镜C的厚度为8.6mm；双凸正透镜D的厚度为3.3mm。
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