CN111624732A - 一种非制冷长波红外广角镜头 - Google Patents

一种非制冷长波红外广角镜头 Download PDF

Info

Publication number
CN111624732A
CN111624732A CN201911387839.4A CN201911387839A CN111624732A CN 111624732 A CN111624732 A CN 111624732A CN 201911387839 A CN201911387839 A CN 201911387839A CN 111624732 A CN111624732 A CN 111624732A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
concave lens
wave infrared
infrared wide
uncooled
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
CN201911387839.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111624732B (zh
Inventor
邢振冲
陈宁
李超
高传卫
卓进发
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.)
8511 Research Institute of CASIC
Original Assignee
8511 Research Institute of CASIC
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 8511 Research Institute of CASIC filed Critical 8511 Research Institute of CASIC
Priority to CN201911387839.4A priority Critical patent/CN111624732B/zh
Publication of CN111624732A publication Critical patent/CN111624732A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111624732B publication Critical patent/CN111624732B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • G02B13/004—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 four 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种非制冷长波红外广角镜头，从物侧到像面包括第一月凹透镜、第二月凹透镜、第三月凹透镜、第四月凹透镜，所述第二月凹透镜至少有一面为非球面，所述第三月凹透镜至少有一面为衍射面，且衍射面凹面朝光线出射方向，所述第四月凹透镜至少有一面为非球面。本发明结构简单，具有一定的温度适应性，F数小于0.8，可以实现广角目标探测。

Description

一种非制冷长波红外广角镜头
技术领域
本发明属于光学设计领域，具体涉及一种非制冷长波红外广角镜头。
背景技术
随着现代科学技术的不断发展，这其中非制冷探测器技术也取得了一些进步，因此长波红外非制冷光学系统在军用以及民用领域都得到了广泛的应用。因为红外探测技术相比于过去的其它技术拥有抗干扰性能好、晚间作用距离更远、穿透尘烟和雾霾能力强、可昼夜工作、适应全天候能力强，能够实现较复杂的探测和跟踪算法等优点，所以对光学系统的成像质量的要求也越来越高。非制冷型长波广角红外镜头是目前实现广角长波成像的重要光学系统，广泛应用于安防、工业、医疗等领域。
由于广角镜头，焦距短，畸变较大，限制了广角长波镜头的探测距离，为提高其探测距离，只能提高其通光孔径。大口径非制冷长波红外广角镜头目前研制的比较少，且F数大多在1左右。
另外温度对光学材料以及机械材料均会造成一定的影响，导致焦距变化、像面漂移、光学成像质量下降、图像模糊不强，最终影响镜头的成像性能。为了镜头可以适用于不同的环境，因此要求镜头具有一定的温度适应性。当前市场上大多数镜头结构设计复杂致使零件较多，导致镜头的安装和携带较为困难，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非制冷长波红外广角镜头，其F数小于0.8，实现对目标长波信息广角探测的基础上，提高作用距离。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种非制冷长波红外广角镜头，包括沿光线入射方向依次设置的第一月凹透镜、第二月凹透镜、第三月凹透镜、第四月凹透镜，所述第二月凹透镜至少有一面为偶次非球面，为第三月凹透镜至少有一面为二阶衍射面，且衍射面的凹面朝光线出射方向，所述第四月凹透镜至少有一面为偶次非球面。
镜头条件式为：|tanFOV/TL|>EFL/1000,其中FOV表示所述非制冷长波红外广角镜头的最大半视场角，TL表示所述非制冷长波红外广角镜头的光学总长， EFL表示镜头焦距。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明相比于目前的非制冷长波红外广角镜头F数更小。
(2)本发明在F数小于0.8的同时，兼顾了温度适应性，可以适配多种环境使用。
附图说明
图1为本发明实施例中非制冷长波红外广角镜头的截面结构示意图。
图2为本发明实施例中非制冷长波红外广角镜头的MTF曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1～图2，本发明实施例中，镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置的第一月凹透镜、第二月凹透镜、第三月凹透镜和第四月凹透镜，所述第二月凹透镜至少有一面为偶次非球面，所述第三月凹透镜至少有一面为二阶衍射面，且衍射面凹面朝光线出射方向，所述第四月凹透镜至少有一面为偶次非球面。
进一步，所述非制冷长波红外广角镜头第一月凹透镜，采用的光学材料折射率在10μm波段大于3.5小于4.5。第二月凹透镜，采用的光学材料折射率在10μm 波段大于3.5小于4.5。第三月凹透镜，采用的光学材料折射率在10μm波段大于 2.5小于3。第四月凹透镜，采用的光学材料折射率在10μm波段大于2.5小于3。
进一步，所述非制冷长波红外广角镜头满足四片式结构。
进一步，所述非制冷长波红外广角镜头满足条件式：|tanFOV/TL|>EFL/1000, 其中FOV表示所述非制冷长波红外广角镜头的最大半视场角,TL表示所述非制冷长波红外广角镜头的光学总长，EFL表示镜头焦距。此条件体现了所述非制冷长波红外广角镜头在一定总长的条件下，保证最够大的视场角。
进一步,所述非制冷长波红外广角镜头光学总长不大于70mm。
进一步，所述非制冷长波红外广角镜头的视场角大于93°，且F数小于0.8。
进一步，所述非制冷长波红外广角镜头的适用光谱范围为8～12μm。
一种非制冷长波红外广角镜头的非球面的表面形状满足下列方程：
Figure RE-GDA0002608330040000031
其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示曲面顶点的曲率， K表示二次曲面系数，h表示光轴到曲面的距离，B、C、D、E和F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数。
一种非制冷长波红外广角镜头的衍射的表面形状满足下列方程：
Figure RE-GDA0002608330040000032
其中N是级数中多项式系数的个数，Ai是ρ2i的系数，ρ是归一化的极坐标。所有的Ai系数均以弧度为单位(2π弧度相当于一个波长)。M为衍射级次。
进一步，所述第一月凹透镜和第二月凹透镜之间的空气间隔为15mm；所述第二月凹透镜和第三月凹透镜之间的空气间隔为21.2mm；所述第三月凹透镜和第四月凹透镜之间的空气间隔为10.8mm。
本实施例中，采用不同材料的镜片折射率在不同温度下发生不同的变化自适应补偿温度引起的镜片曲率的半径，从而降低焦平面发生偏移。
本实施例中，有上述镜片组构成的光学系统达到了以下光学指标：
焦距：f＝10mm；
相对孔径F：0.75；
视场角：2w>93°；
光路总长≤70mm，光学后截距≥10.6mm；
适用波段范围：8～12μm；
在本发明实施例中，各个镜片参数如下：
Figure RE-GDA0002608330040000033
Figure RE-GDA0002608330040000041
其中S3中：
c＝1/R，R＝36.8，K＝0，B＝-1.492e-5，C＝3.418e-9，D＝5.86e-11，F＝-5.745e-13。
其中S5中：
c＝1/R，R＝29.2，K＝0，B＝-1.037e-6，C＝3.082e-8，D＝-1.136e-10，F＝2.331e-13。
M＝2，A1＝-3229.194，A2＝7250.821。
其中S6中：
c＝1/R，R＝660，K＝0，B＝8.524e-6，C＝2.505e-8，D＝-1.322e-10，F＝2.502e-13。
其中S7中：
c＝1/R，R＝25.9，K＝0，B＝-2.01e-5，C＝-2.037e-7，D＝1.212e-9，F＝-1.267e-11。
光学系统温度和气压的变化时，各表面半径，间隔，厚度以及折射率均会改变，从而使像面产生离焦，若离焦严重超出了焦深范围，对系统的成像必然产生影响，因此需要对系统调焦。同时当目标位于不同距离时，也会引起调焦，离焦量大于焦深就会引起图像模糊，此时也需要进行调焦补偿。
由于本实施例的系统特点，利用焦深公式，计算系统的焦深DOF，从而衡量系统温度变化引起的离焦程度。由于系统为广角小F数镜头，因此可以计算可得系统的DOF仅仅为±0.011mm。由于该镜头用于光学告警，而且实际离焦量很小，因此无法采用调焦机构，只能通过光学设计过程保证镜头的温度适应性。下表给出了系统在-10℃～40℃范围内的离焦量。
本实施例温度、离焦和传递函数如下表所示：
Figure RE-GDA0002608330040000042

Claims (7)

1.一种非制冷长波红外广角镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置的第一月凹透镜、第二月凹透镜、第三月凹透镜、第四月凹透镜，所述第二月凹透镜至少有一面为偶次非球面，为第三月凹透镜至少有一面为二阶衍射面，且衍射面的凹面朝光线出射方向，所述第四月凹透镜至少有一面为偶次非球面；
镜头条件式为：|tanFOV/TL|>EFL/1000,其中FOV表示所述非制冷长波红外广角镜头的最大半视场角，TL表示所述长波红外广角镜头的光学总长，EFL表示镜头焦距。
2.根据权利要求1所述的非制冷长波红外广角镜头，其特征在于：所述镜头F数小于0.8且焦距不小于10mm。
3.根据权利要求1所述的非制冷长波红外广角镜头，其特征在于：所述第一月凹透镜和第二月凹透镜之间的空气间隔为15mm；所述第二月凹透镜和第三月凹透镜之间的空气间隔为21.2mm；所述第三月凹透镜和第四月凹透镜之间的空气间隔为10.8mm。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的非制冷长波红外广角镜头，其特征在于：第一月凹透镜，采用的光学材料折射率在10μm波段大于3.5小于4.5。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的非制冷长波红外广角镜头，其特征在于：第二月凹透镜，采用的光学材料折射率在10μm波段大于3.5小于4.5。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的非制冷长波红外广角镜头，其特征在于：第三月凹透镜，采用的光学材料折射率在10μm波段大于2.5小于3。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的非制冷长波红外广角镜头，其特征在于：第四月凹透镜，采用的光学材料折射率在10μm波段大于2.5小于3。
CN201911387839.4A 2019-12-30 2019-12-30 一种非制冷长波红外广角镜头 Active CN111624732B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911387839.4A CN111624732B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种非制冷长波红外广角镜头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911387839.4A CN111624732B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种非制冷长波红外广角镜头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111624732A true CN111624732A (zh) 2020-09-04
CN111624732B CN111624732B (zh) 2022-03-18

Family

ID=72257828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911387839.4A Active CN111624732B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种非制冷长波红外广角镜头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111624732B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11326757A (ja) * 1998-05-14 1999-11-26 Nikon Corp 赤外線用対物光学系
JP2001083412A (ja) * 1999-09-13 2001-03-30 Nitto Kogaku Kk 赤外線レンズ
US20110216398A1 (en) * 2010-03-05 2011-09-08 Minoru Ando Infrared zooming lens
KR101506186B1 (ko) * 2014-03-05 2015-03-26 삼성탈레스 주식회사 광대역 적외선 렌즈 어셈블리 및 광학계
DE202015103554U1 (de) * 2014-10-20 2015-08-25 Jos. Schneider Optische Werke Gmbh Fotografisches Objektiv, insbesondere Portaitobjektiv
CN109633870A (zh) * 2019-02-25 2019-04-16 宁波舜宇车载光学技术有限公司 光学镜头及成像设备
RU190245U1 (ru) * 2019-04-15 2019-06-25 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Светосильная инфракрасная система

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11326757A (ja) * 1998-05-14 1999-11-26 Nikon Corp 赤外線用対物光学系
JP2001083412A (ja) * 1999-09-13 2001-03-30 Nitto Kogaku Kk 赤外線レンズ
US20110216398A1 (en) * 2010-03-05 2011-09-08 Minoru Ando Infrared zooming lens
KR101506186B1 (ko) * 2014-03-05 2015-03-26 삼성탈레스 주식회사 광대역 적외선 렌즈 어셈블리 및 광학계
DE202015103554U1 (de) * 2014-10-20 2015-08-25 Jos. Schneider Optische Werke Gmbh Fotografisches Objektiv, insbesondere Portaitobjektiv
CN109633870A (zh) * 2019-02-25 2019-04-16 宁波舜宇车载光学技术有限公司 光学镜头及成像设备
RU190245U1 (ru) * 2019-04-15 2019-06-25 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") Светосильная инфракрасная система

Also Published As

Publication number Publication date
CN111624732B (zh) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108318995B (zh) 一种透镜系统和镜头
CN109343201B (zh) 光学被动消热差的低畸变广角长波非制冷红外光学系统
CN111025529B (zh) 一种超小f数中长波红外定焦镜头
CN210572970U (zh) 一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头
CN113741009A (zh) 一种焦距25mm的消热差红外镜头及其装配方法
CN111999783B (zh) 一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头及成像方法
US10054773B2 (en) Wide-field infrared imaging system
CN110196486B (zh) 一种75mm衍射面红外长波光学无热化镜头及成像方法
CN114252982B (zh) 焦距35mm的消热差红外镜头及其装配方法、成像方法
CN111624732B (zh) 一种非制冷长波红外广角镜头
CN216434516U (zh) 一种搭配液体镜头的广角视讯传输镜头
CN212675207U (zh) 一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头
CN114967061A (zh) 一种大靶面低畸变消热差红外镜头
CN110716296B (zh) 一种大靶面小型化非制冷红外连续变焦光学系统
CN209979922U (zh) 一种75mm衍射面红外长波光学无热化镜头
CN107092076B (zh) 一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头
CN114236783B (zh) 一种焦距75mm的消热差红外镜头及其装配方法
CN114935811B (zh) 一种鱼眼型红外消热差镜头
CN115079378B (zh) 一种短焦低畸变消热差红外镜头
CN218601569U (zh) 轻量小型化长波非制冷连续变焦光学系统以及红外镜头
CN218866212U (zh) 一种基于瞄准的红外双视场热像镜头
CN218068411U (zh) 一种长波红外成像镜头
CN114935810B (zh) 一种焦距为6.6mm的消热差红外镜头
CN216285938U (zh) 一种小型化大变倍比中波红外连续变焦镜头
CN216901111U (zh) 一种大相对孔径大靶面长波红外无热化镜头

Legal Events

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