CN112180569A - 一种基于折射的长波红外无热化物镜 - Google Patents
一种基于折射的长波红外无热化物镜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112180569A CN112180569A CN202011069242.8A CN202011069242A CN112180569A CN 112180569 A CN112180569 A CN 112180569A CN 202011069242 A CN202011069242 A CN 202011069242A CN 112180569 A CN112180569 A CN 112180569A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- refraction
- wave infrared
- long
- optical
- 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.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 claims description 3
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 claims description 3
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/02—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors
-
- 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
- G02B13/0055—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element
-
- 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
- G02B13/18—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)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于折射的长波红外无热化物镜，从物方到像方，依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、滤光片（ICR）和成像面（IMA），所述第一透镜为负弯月透镜，所述第二透镜为正弯月透镜，所述第三透镜与第四透镜均为弯月透镜。本发明结构简单，光轴稳定，系统可靠性高，不需调焦即可满足‑40℃～+50℃环境条件下无穷远高清晰像质要求。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像设备技术领域，具体为一种基于折射的长波红外无热化物镜。
背景技术
随着红外夜视技术的快速发展，非制冷红外光学系统在军事领域和民用工程得到广泛的应用，但是红外镜头所用材料的折射率温度系数dn/dT较大,随着环境温度的变化，折射率、光学元件的曲率和厚度、零件间隔等都会发生变化，使红外光学系统产生热离焦，导致系统成像质量变差。因此无热化红外光学系统成为高精度红外光学系统的一个主流发展方向。红外系统无热化设计方法主要有三种:第一种是机械被动补偿方法，采用结构件材料热变形和红外材料热膨胀的互补来进行温度补偿；第二种是机械(电子)主动补偿法，采用传统的电动调焦进行温度补偿，机械被动补偿和机械(电子)主动补偿方法均导致系统机构复杂,可靠性低，操作不便；第三种是光学被动补偿法，常用的方法是在系统中加入衍射光学元件，但衍射元件加工和装配工艺复杂，生产成本高，透光率比普通光学元件低。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供了一种不需调焦即可满足-40℃～+50℃环境条件下无穷远高清晰像质要求的基于折射的长波红外无热化物镜。
为了达到上述设计目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于折射的长波红外无热化物镜，从物方到像方，依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、滤光片(ICR)和成像面(IMA)，所述第一透镜为负弯月透镜，所述第二透镜为正弯月透镜，所述第三透镜与第四透镜均为弯月透镜。
所述第二透镜与第三透镜的凹面均为非球面。
所述第一透镜与第三透镜的光学材料为硫化锌晶体制成，所述第二透镜与第四透镜的光学材料为硫系玻璃制成。
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用普通硫系红外材料。
本发明有益效果：通过四片透镜的组合消除球差、色差、场曲、畸变等像差，使系统达到像差平衡，最后成像在红外焦平面探测器上，并利用光学被动补偿方法，在不使用衍射光学元件进行温度补偿的前提下，利用红外材料热特性之间的差异，通过合理选择常用红外透镜材料和分配光焦度，从而使整个红外系统不产生离焦，从而保证光学系统在不同的环境温度条件下不需调焦仍可保持景物成像清晰，并使用折射原理，实现在宽温度范围的优良的成像质量。本发明结构简单，光轴稳定，系统可靠性高，不需调焦即可满足-40℃～+50℃环境条件下无穷远高清晰像质要求。
附图说明
图1为本发明的带光线光学玻璃排列图；
图2为本发明20℃传递函数图；
图3为本发明-40℃传递函数图；
图4为本发明50℃传递函数图；
图5为本发明20℃弥散斑图；
图6为本发明-40℃弥散斑图；
图7为本发明50℃弥散斑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述。如图1-7所示的：一种基于折射的长波红外无热化物镜，从物方到像方，依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、滤光片(ICR)5和成像面(IMA)6，所述第一透镜1为负弯月透镜，所述第二透镜2为正弯月透镜，所述第三透镜3与第四透镜4均为弯月透镜。
所述第二透镜2与第三透镜3的凹面均为非球面。
所述第一透镜1与第三透镜3的光学材料为硫化锌晶体制成，所述第二透镜2与第四透镜4的光学材料为硫系玻璃制成。
所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4均采用普通硫系红外材料。
所述f′＝90mm/F1.0非调焦无热化红外光学系统参数如下：
| 序号 | 半径 | 厚度(间隔) | 口径 | 材料 | 备注 |
| 1 | 118 | 5 | φ93 | <u>ZnS</u> | |
| 2 | 101.1 | 1 | φ89 | ||
| 3 | 78.34 | 13 | φ90 | IRG206 | |
| 4 | 137.91 | 62.7 | φ84 | 非球面 | |
| 5 | 43 | 5 | φ32 | <u>ZnS</u> | |
| 6 | 32.5 | 11.1 | φ28 | 非球面 | |
| 7 | 28.75 | 5 | φ25 | IRG202 | |
| 8 | 33.72 | 11 | φ22 | ||
| 9 | 像面 | 红外探测器锗窗口 |
其中第四面的高次非球面方程为：
式中：
k＝-1.92624
a1＝0
a2＝1.584656×10-7
a4＝2.649014×10-12
a2＝4.807491×10-16
第六面的二次非球面方程为：
式中：
k＝-0.99755
a1＝0
a2＝4.490302×10-6
a4＝2.019293×10-9
a2＝1.013826×10-11。
Claims (4)
1.一种基于折射的长波红外无热化物镜，其特征在于：从物方到像方，依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、滤光片（ICR）和成像面（IMA），所述第一透镜为负弯月透镜，所述第二透镜为正弯月透镜，所述第三透镜与第四透镜均为弯月透镜。
2.根据权利要求1所述的一种基于折射的长波红外无热化物镜，其特征在于：所述第二透镜与第三透镜的凹面均为非球面。
3.根据权利要求1所述的一种基于折射的长波红外无热化物镜，其特征在于：所述第一透镜与第三透镜的光学材料为硫化锌晶体制成，所述第二透镜与第四透镜的光学材料为硫系玻璃制成。
4.根据权利要求1所述的一种基于折射的长波红外无热化物镜，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用普通硫系红外材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011069242.8A CN112180569A (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 一种基于折射的长波红外无热化物镜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011069242.8A CN112180569A (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 一种基于折射的长波红外无热化物镜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112180569A true CN112180569A (zh) | 2021-01-05 |
Family
ID=73948503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011069242.8A Pending CN112180569A (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 一种基于折射的长波红外无热化物镜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112180569A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112946866A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-06-11 | 昆明云锗高新技术有限公司 | 一种低畸变大相对孔径制冷型无热化红外广角光学系统 |
| CN117991481A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 武汉高明兰光电科技有限公司 | 一种高变倍比成像的物镜镜头 |
| CN117991481B (zh) * | 2024-04-03 | 2024-06-04 | 武汉高明兰光电科技有限公司 | 一种成像的物镜镜头 |
-
2020
- 2020-09-29 CN CN202011069242.8A patent/CN112180569A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112946866A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-06-11 | 昆明云锗高新技术有限公司 | 一种低畸变大相对孔径制冷型无热化红外广角光学系统 |
| CN117991481A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 武汉高明兰光电科技有限公司 | 一种高变倍比成像的物镜镜头 |
| CN117991481B (zh) * | 2024-04-03 | 2024-06-04 | 武汉高明兰光电科技有限公司 | 一种成像的物镜镜头 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106597641B (zh) | 小型低成本4mp无热化定焦镜头 | |
| CN107479171B (zh) | 长波红外变焦镜头 | |
| CN108469667A (zh) | 广角镜头 | |
| CN110361833B (zh) | 一种光学成像镜头 | |
| CN208488589U (zh) | 广角镜头 | |
| CN110596857B (zh) | 广角镜头及成像设备 | |
| CN111766678B (zh) | 光学镜头及成像设备 | |
| CN110456475A (zh) | 光学镜头 | |
| CN210572970U (zh) | 一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头 | |
| CN110632738A (zh) | 一种大口径长波红外的光学系统 | |
| CN203224663U (zh) | 非调焦无热化红外光学系统 | |
| CN112180569A (zh) | 一种基于折射的长波红外无热化物镜 | |
| CN212540843U (zh) | 一种便携式大视场红外测温镜头 | |
| CN107357028B (zh) | 一种宽温度范围的光学无热化镜头 | |
| CN211955960U (zh) | 一种定焦低色差的光学成像镜头 | |
| CN213903944U (zh) | 一种基于折射的长波红外无热化物镜 | |
| CN114252982B (zh) | 焦距35mm的消热差红外镜头及其装配方法、成像方法 | |
| CN114002819B (zh) | 一种大孔径高清昼夜两用定焦光学镜头 | |
| CN114047597B (zh) | 定焦光学镜头及其成像方法 | |
| CN216285921U (zh) | 适配高清组件的长波红外镜头 | |
| CN108319005A (zh) | 一种4mm非球面日夜两用超清4K光学系统 | |
| CN210427925U (zh) | 一种大口径长波红外的光学系统 | |
| CN113376811A (zh) | 2.8mm大孔径、昼夜两用玻塑定焦光学系统 | |
| CN111367053A (zh) | 一种广角高清的光学成像镜头 | |
| CN219997399U (zh) | 一种小尺寸无热化红外物镜 |
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 |