CN112130279A - 红外光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种红外光学系统，包括沿光路方向依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，第一透镜的光焦度为负，其厚度为4mm～5mm，焦距为‑27mm～‑29mm，通光孔径为Φ39mm～Φ42mm；第二片透镜的光焦度为正，第二片透镜的厚度为6mm～8mm，焦距为24mm～25mm，通光孔径为Φ43mm～Φ45mm；第三片透镜的光焦度为负，其厚度为5mm～7mm，焦距为‑15mm～‑16mm，通光孔径为Φ22mm～Φ24mm；第四片透镜的光焦度为正，其厚度为6mm～8mm，焦距为17mm～18mm，通光孔径为Φ16mm～Φ18mm；第一透镜与第二透镜的间距为29.1mm～29.3mm，第二透镜与第三透镜的间距为12.1mm～12.4mm，第三透镜与第四透镜的间距为1.2mm～1.4mm，红外光学系统的总长为59～80mm。本发明结构紧凑、视场角大、镜片数少、材料常规且涉及种类少、在较宽温度范围实现了较好成像质量的无热化设计、一次成像即实现了良好的冷阑匹配。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统设计技术领域，特别涉及一种无热化紧凑型大视场的中波红外光学系统。
背景技术
大视场红外光学系统无论在军事对抗还是在民用监视、资源勘探和搜救等领域都有广阔的应用，因此，大视场凝视型红外成像技术一直是世界各强国的一个重要研究方向。在红外系统的研究过程中，在实现大视场和无热化的同时实现紧凑结构和低畸变是一个挑战。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提出一种无热化紧凑型大视场的中波红外光学系统，该系统结构紧凑、视场角大、镜片数少、材料常规且涉及种类少、在较宽温度范围实现了较好成像质量的无热化设计、一次成像即实现了良好的冷阑匹配。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供一种红外光学系统，包括沿光路方向依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；其中，第一透镜的光焦度为负，其厚度为4mm～5mm，焦距为-27mm～-29mm，通光孔径为Φ39mm～Φ42mm；第二片透镜的光焦度为正，第二片透镜的厚度为6mm～8mm，焦距为24mm～25mm，通光孔径为Φ43mm～Φ45mm；第三片透镜的光焦度为负，其厚度为5mm～7mm，焦距为-15mm～-16mm，通光孔径为Φ22mm～Φ24mm；第四片透镜的光焦度为正，其厚度为6mm～8mm，焦距为17mm～18mm，通光孔径为Φ16mm～Φ18mm；第一透镜与第二透镜的间距为29.1mm～29.3mm，第二透镜与第三透镜的间距为12.1mm～12.4mm，第三透镜与第四透镜的间距为1.2mm～1.4mm，红外光学系统的总长为＜75mm。
优选地，第一透镜的第一表面为球面，第一透镜的第二表面为高阶非球面，第二透镜的第一表面为球面，第二透镜的第二表面为高阶非球面，第三透镜的第一表面为高阶非球面，第三透镜的第二表面为球面，第四透镜的第一表面和第二表面均为球面。
优选地，镜筒的材料为铝合金，第一透镜、第四透镜的材料分别为硒化锌、AMTIR1或AMTIR3，第二透镜的材料为硅，第三透镜的材料为锗或砷化镓。
优选地，红外光学系统的工作波段为3.7μm～4.8μm。
优选地，红外光学系统还包括光学镜筒，所述光学镜筒为铝合金。
本发明能够取得以下技术效果：
(1)红外光学系统采用反远距结构，可以实现60°的大视场范围，且在视场范围内畸变小于5％。
(2)利用不同热膨胀系数的红外材料的合理匹配及光焦度的合理分配，实现红外光学系统的被动无热化设计，确保红外光学系统在-20℃～+60℃温度范围内，无需主动调焦即可实现良好的成像质量。
(3)红外光学系统为一次成像结构，共4片透镜，透镜的数量少，具有结构紧凑、透过率高、环境适应性强等优点。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的红外光学系统的结构示意图。
其中的附图标记包括：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面将对本发明实施例提供的红外光学系统进行详细说明。
图1示出了根据本发明一个实施例的红外光学系统的结构。
如图1所示，本发明实施例提供的红外光学系统，包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4依次沿着光路方向同轴设置，第一透镜1与第二透镜2的间距为29.1mm～29.3mm，第二透镜2与第三透镜3的间距为12.1mm～12.4mm，第三透镜3与第四透镜4的间距为1.2mm～1.4mm。
第一透镜1的光焦度为负，第一透镜1的厚度为4mm～5mm，第一透镜1的焦距为-27mm～-29mm，第一透镜1的通光孔径为Φ39mm～Φ42mm；第二片透镜2的光焦度为正，第二片透镜2的厚度为6mm～8mm，第二片透镜2的焦距为24mm～25mm，第二片透镜2的通光孔径为Φ43mm～Φ45mm；第三透镜3的光焦度为负，第三透镜3的厚度为5mm～7mm，第三透镜3的焦距为-15mm～-16mm，第三透镜3的通光孔径为Φ22mm～Φ24mm；第四透镜4的光焦度为正，第四透镜4的厚度为6mm～8mm，第四透镜4的焦距为17mm～18mm，第四透镜4的通光孔径为Φ16mm～Φ18mm。
通过上述对第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4的光学参数的设计，使红外光学系统构成反远距光学结构，实现60°的大视场范围，该红外光学系统对应凝视型中波红外制冷探测器，光学视场为全视场60°。
本发明采用一次成像结构实现良好的冷阑匹配，工作波段为3.7μm～4.8μm，红外光学系统的焦距为23mm，F数为2，红外光学系统的总长＜75mm。
本发明采用的透镜数量较少，共四片透镜，结构紧凑，光学系统透过率高。
在本发明的一个示例中，红外光学系统还包括光学镜筒，其材料为铝合金，第一透镜1、第四透镜4的材料分别为硒化锌、AMTIR1或AMTIR3，第二透镜2的材料为硅，第三透镜3的材料为锗或砷化镓。
利用不同热膨胀系数的红外光学材料的合理匹配，通过红外光学材料温度特性差异消除温度变化带来的像差和离焦，实现红外光学系统的被动无热化设计，确保红外光学系统在-20℃～+60℃温度范围内，无需主动调焦即可实现良好的成像质量。
在本发明的另一个示例中，第一透镜1的第一表面为球面，第一透镜1的第二表面为高阶非球面，第二透镜2的第一表面为球面，第二透镜2的第二表面为高阶非球面，第三透镜3的第一表面为高阶非球面，第三透镜3的第二表面为球面，第四透镜4的第一表面和第二表面均为球面。
通过上述整体结构的优化设计，红外光学系统在60°视场范围内畸变均小于5％。
实施例1
第一透镜1的厚度为4.5mm，焦距为-28mm，通光孔径为Φ39.8mm，材料为硒化锌；第二透镜2的厚度为7mm，焦距为24.5mm，通光孔径为Φ44mm，材料为硅；第三透镜3的厚度为6mm，焦距为-15.46mm，通光孔径为Φ23mm，材料为锗；第四透镜4的厚度为7mm，焦距为17.63mm，通光孔径为Φ17mm，材料为硒化锌。
第一透镜1与第二透镜2的间距为29.19mm，第二透镜2与第三透镜3的间距为12.3mm，第三透镜3与第四透镜4的间距为1.3mm。
实施例2
第一透镜1的厚度为4mm，焦距为-27mm，通光孔径为Φ39mm，材料为AMTIR1；第二透镜2的厚度为6mm，焦距为24mm，通光孔径为Φ43mm，材料为硅；第三透镜3的厚度为5mm，焦距为-15mm，通光孔径为Φ22mm，材料为锗；第四透镜4的厚度为6mm，焦距为17mm，通光孔径为Φ16mm，材料为AMTIR1。
第一透镜1与第二透镜2的间距为29.1mm，第二透镜2与第三透镜3的间距为12.1mm，第三透镜3与第四透镜4的间距为1.2mm。
实施例3
第一透镜1的厚度为5mm，焦距为-29mm，通光孔径为Φ42mm，材料为AMTIR3；第二透镜2的厚度为8mm，焦距为25mm，通光孔径为Φ45mm，材料为硅；第三透镜3的厚度为7mm，焦距为-16mm，通光孔径为Φ24mm，材料为砷化镓；第四透镜4的厚度为8mm，焦距为18mm，通光孔径为Φ18mm，材料为AMTIR3。
第一透镜1与第二透镜2的间距为29.3mm，第二透镜2与第三透镜3的间距为12.4mm，第三透镜3与第四透镜4的间距为1.4mm。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种红外光学系统，其特征在于，包括沿光路方向依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；其中，所述第一透镜的光焦度为负，其厚度为4mm～5mm，焦距为-27mm～-29mm，通光孔径为Φ39mm～Φ42mm；所述第二片透镜的光焦度为正，所述第二片透镜的厚度为6mm～8mm，焦距为24mm～25mm，通光孔径为Φ43mm～Φ45mm；所述第三片透镜的光焦度为负，其厚度为5mm～7mm，焦距为-15mm～-16mm，通光孔径为Φ22mm～Φ24mm；所述第四片透镜的光焦度为正，其厚度为6mm～8mm，焦距为17mm～18mm，通光孔径为Φ16mm～Φ18mm；
所述第一透镜与所述第二透镜的间距为29.1mm～29.3mm，所述第二透镜与所述第三透镜的间距为12.1mm～12.4mm，所述第三透镜与所述第四透镜的间距为1.2mm～1.4mm，所述红外光学系统的总长为＜75mm。
2.根据权利要求1所述的红外光学系统，其特征在于，所述第一透镜的第一表面为球面，所述第一透镜的第二表面为高阶非球面，所述第二透镜的第一表面为球面，所述第二透镜的第二表面为高阶非球面，所述第三透镜的第一表面为高阶非球面，所述第三透镜的第二表面为球面，所述第四透镜的第一表面和第二表面均为球面。
3.根据权利要求1或2所述的红外光学系统，其特征在于，所述第一透镜、所述第四透镜的材料分别为硒化锌、AMTIR1或AMTIR3，所述第二透镜的材料为硅，所述第三透镜的材料为锗或砷化镓。
4.根据权利要求1所述的红外光学系统，其特征在于，所述红外光学系统的工作波段为3.7μm～4.8μm。
5.根据权利要求1所述的红外光学系统，其特征在于，所述红外光学系统还包括光学镜筒，所述光学镜筒为铝合金。
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113933976A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-14 | 季华实验室 | 一种长焦距双波段红外光学系统 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07253536A (ja) * | 1994-03-14 | 1995-10-03 | Olympus Optical Co Ltd | テレビ画像撮影装置 |
| JPH0990218A (ja) * | 1995-09-20 | 1997-04-04 | Casio Comput Co Ltd | 撮影レンズ |
| JP2000241700A (ja) * | 1999-02-18 | 2000-09-08 | Sony Corp | 広角コンバージョンレンズ |
| CN201600487U (zh) * | 2009-02-04 | 2010-10-06 | 富士能株式会社 | 摄像透镜及摄像装置 |
| CN102183836A (zh) * | 2011-05-14 | 2011-09-14 | 苏州大学 | 一种红外双波段消热差光学镜头 |
| CN202305971U (zh) * | 2011-10-27 | 2012-07-04 | 比亚迪股份有限公司 | 一种光学镜头组件 |
| CN205679846U (zh) * | 2016-04-21 | 2016-11-09 | 凤凰光学安防（上海）有限公司 | 一种安防监控镜头 |
| CN205679839U (zh) * | 2016-04-21 | 2016-11-09 | 凤凰光学安防（上海）有限公司 | 一种高低温共焦光学装置 |
| CN106324801A (zh) * | 2015-07-02 | 2017-01-11 | 先进光电科技股份有限公司 | 光学成像系统 |
| CN106680973A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-05-17 | 东莞市宇瞳光学科技股份有限公司 | 小型化大视场高清无热化定焦镜头 |
-
2020
- 2020-09-21 CN CN202010996786.2A patent/CN112130279A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07253536A (ja) * | 1994-03-14 | 1995-10-03 | Olympus Optical Co Ltd | テレビ画像撮影装置 |
| JPH0990218A (ja) * | 1995-09-20 | 1997-04-04 | Casio Comput Co Ltd | 撮影レンズ |
| JP2000241700A (ja) * | 1999-02-18 | 2000-09-08 | Sony Corp | 広角コンバージョンレンズ |
| CN201600487U (zh) * | 2009-02-04 | 2010-10-06 | 富士能株式会社 | 摄像透镜及摄像装置 |
| CN102183836A (zh) * | 2011-05-14 | 2011-09-14 | 苏州大学 | 一种红外双波段消热差光学镜头 |
| CN202305971U (zh) * | 2011-10-27 | 2012-07-04 | 比亚迪股份有限公司 | 一种光学镜头组件 |
| CN106324801A (zh) * | 2015-07-02 | 2017-01-11 | 先进光电科技股份有限公司 | 光学成像系统 |
| CN205679846U (zh) * | 2016-04-21 | 2016-11-09 | 凤凰光学安防（上海）有限公司 | 一种安防监控镜头 |
| CN205679839U (zh) * | 2016-04-21 | 2016-11-09 | 凤凰光学安防（上海）有限公司 | 一种高低温共焦光学装置 |
| CN106680973A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-05-17 | 东莞市宇瞳光学科技股份有限公司 | 小型化大视场高清无热化定焦镜头 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113933976A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-14 | 季华实验室 | 一种长焦距双波段红外光学系统 |
| CN113933976B (zh) * | 2021-10-25 | 2023-07-25 | 季华实验室 | 一种长焦距双波段红外光学系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201225 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |