CN110703423B - 一种大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头，该监控镜头沿着光路依序包括：凸面反射镜、凹面反射镜、弯月负透镜一、弯月负透镜二、光阑、双凸透镜、弯月负透镜三以及红外探测器。本发明公开的红外监控镜头基于平面圆柱投影原理，采用折反式光学系统构型，实现了水平视场360°、俯仰视场5°～45°范围的凝视环景红外成像。解决了单镜头视场覆盖范围小，不能实现大区域监控的问题。通过反射和折射光学系统理论计算分析，确定了光学系统的初始构型，通过优化透镜曲率半径、透镜间隔、不同光学材料匹配并采用非球面面型来优化光学系统的像差，使像质达到最佳。

Description

一种大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头
技术领域
本发明属于光学技术，具体涉及一种大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头。
背景技术
红外监控镜头是一种工作在长波红外波段(8～12μm)，利用场景中不同物体辐射温度的不同和差异进行的热成像，可工作在昼夜及雾、霾、烟雾、沙尘等不良气候条件下，可以大大扩展人眼的视觉性能。
红外监控镜头工作隐蔽、可靠、环境适应性好。在煤矿着火点预警、森林防火、仓库重点区域监控、小区安保以及边界入侵、航道安全监控等众多民用、军用监控领域上得到迅速发展和广泛应用。
现有的长波红外监控镜头的视场范围在40°之内，对于大范围的区域监控，通常需要布置多个监控镜头才能够做到完全覆盖，并且图像是多屏分区显示、有可能产生监控盲区，设备成本昂贵。
凝视环景成像是采用特殊的成像装置可以获得水平或者垂直方向上的大于180°的半球视场或者360°的视场，可以提供关注区域的全方位图像信息。将其应用在红外监控领域，可以解决大范围监控盲区、提高人机功效、降低设备费用等问题。
发明内容
发明目的：
本发明的目的在于提供一种大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头，基于平面圆柱投影原理，采用折反式光学系统构型、优化光学布局及成像性能，使其在保证凝视环景成像性能的同时实现小型化、轻量化。
技术方案：
提供一种大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头，该监控镜头沿着光路依序为：凸面反射镜、凹面反射镜、弯月负透镜一、弯月负透镜二、光阑、双凸透镜、弯月负透镜三以及红外探测器。
进一步的，其特征在于，所述光路形成的光学系统的相对孔径为1：1。
进一步的，所述凸面反射镜和凹面反射镜均为球面反射镜。
进一步的，所述监控镜头的透镜材料为单晶锗和硒化锌。
进一步的，所述红外探测器像素数320×256、384×288、640×512、1024×768，像素大小适用于12μm、17μm、25μm，适用波长：8μm～12μm。
进一步的，所述光路形成的光学系统焦距为4.17mm、相对孔径为1、光学系统总长度为128mm。
进一步的，所述凸面反射镜、凹面反射镜、弯月负透镜一、弯月负透镜二、光阑、双凸透镜、弯月负透镜三以及红外探测器的组合参数见光学参数表，
光学参数表单位：mm
Figure GDA0003190153400000021
Figure GDA0003190153400000031
非球面方程：
Figure GDA0003190153400000032
其中，：r——与光轴的距离；
R——非球面顶点出的曲率半径；
K——二次曲线常数；
A、B、C、D——非球面系数。
有益效果：
1本发明所提供的大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头基于平面圆柱投影原理，采用折反式光学构型，实现了水平360°俯仰5°～45°范围的凝视环景成像。
2本发明所提供的大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头采用相对孔径1：1进行光学镜头设计，保证了红外镜头能够收集充足的场景辐射能量，保证了红外夜视性能。
3本发明所提供的大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头采用非球面优化像质，使光学系统的像差得到很好的控制，获得优良像质。
附图说明
1、本发明光路示意图；
2、本发明光学传递函数示意图；
其中，1、凸面反射镜；2、凹面反射镜；3、弯月负透镜一；4、弯月负透镜二；5：光阑；6：双凸正透镜；7、弯月负透镜；8、红外探测器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，为本发明光路示意图；该光路基于平面圆柱投影原理，采用折反式光学构型设计了一种大相对孔径凝视环景红外监控镜头。入射光线经由凸面反射镜1、凹面反射镜2反射后顺序进入弯月负透镜一3、弯月负透镜二4、光阑5、双凸正透镜6以及弯月负透镜三7，光线最终会聚在红外探测器焦平面8上，构成折反式光学系统光路。
所述光学系统的相对孔径为1：1。
所述凸面反射镜和凹面反射镜均为球面反射镜。
所述监控镜头的透镜材料为单晶锗和硒化锌。
所述红外探测器像素数320×256、384×288、640×512、1024×768，像素大小适用于12μm、17μm、25μm，适用波长：8μm～12μm。
所述光学系统焦距为4.17mm、相对孔径为1、光学系统总长度为128mm。
所述凸面反射镜、凹面反射镜、弯月负透镜一、弯月负透镜二、光阑、双凸透镜、弯月负透镜三以及红外探测器的组合参数见光学参数表，
光学参数表单位：mm
Figure GDA0003190153400000051
Figure GDA0003190153400000061
非球面方程：
Figure GDA0003190153400000062
其中，：r——与光轴的距离；
R——非球面顶点出的曲率半径；
K——二次曲线常数；
A、B、C、D——非球面系数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (6)

1.一种大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头，其特征在于，该监控镜头沿着光路依序为：凸面反射镜、凹面反射镜、弯月负透镜一、弯月负透镜二、光阑、双凸透镜、弯月负透镜三以及红外探测器；
所述凸面反射镜和凹面反射镜均为球面反射镜。
2.根据权利要求1所述的大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头，其特征在于，所述光路形成的光学系统的相对孔径为1：1。
3.根据权利要求1所述的大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头，其特征在于，所述监控镜头的透镜材料为单晶锗和硒化锌。
4.根据权利要求1所述的大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头，其特征在于，所述红外探测器像素数320×256、384×288、640×512、1024×768，像素大小适用于12μm、17μm、25μm，适用波长：8μm～12μm。
5.根据权利要求1所述的大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头，其特征在于，所述光路形成的光学系统焦距为4.17mm、相对孔径为1、光学系统总长度为128mm。
6.根据权利要求1所述的大相对孔径凝视环景成像红外监控镜头，其特征在于，所述凸面反射镜、凹面反射镜、弯月负透镜一、弯月负透镜二、光阑、双凸透镜、弯月负透镜三以及红外探测器的组合参数见光学参数表，
光学参数表单位：mm
Figure FDA0003190153390000011
Figure FDA0003190153390000021
非球面方程：
Figure FDA0003190153390000022
其中：r——与光轴的距离；
R——非球面顶点出的曲率半径；
K——二次曲线常数；
A、B、C、D——非球面系数。
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