CN201828703U - 长波消热差红外光学镜头 - Google Patents

长波消热差红外光学镜头 Download PDF

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陈熙
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Abstract

本实用新型公开了一种长波消热差红外光学镜头，由物方到成像方依次包括具有正屈光度的第一透镜(1)，具有负屈光度的第二透镜(2)和具有正屈光度的第三透镜(3)；第一透镜(1)由一片凸面朝向物侧的弯月型正红外玻璃构成，在第一透镜的第二面(5)为衍射面，采用非球面以校正球差、慧差、象散等像差；第二透镜(2)由一片凸面朝向物侧的弯月型负红外玻璃构成；第三透镜(3)由一片双凸的正红外玻璃构成，其第一面(8)采用非球面以校正像差。整个红外光学系统只用了三片透镜，具有结构简单，体积小，重量轻的优点。在-40℃～60℃温度范围内获得良好，稳定的成像质量，达到了很好的消热差的效果。

Description

长波消热差红外光学镜头
技术领域
本实用新型主要涉及一种工作环境温度变化大的军事领域，特别是涉及一种长波消热差红外光学镜头。
背景技术
近年来，红外技术的应用范围蓬勃发展，已广泛用于军事、治安、工业检测等领域。但由于红外光学材料的折射率温度系数dn/dT较大，如常用的红外光学单晶锗的dn/dT为0.000396/℃，是可见光玻璃dn/dT的近100倍，因此随着环境温度的变化，红外光学材料的折射率、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，军用红外光学要充分考虑工作环境温度对光学质量的影响。目前国内外采用的消热差红外技术主要分三类：机电主动式，机械被动式，光学被动式。由于机电主动式和机械被动式都会使系统复杂化，体积增大，重量增加，可靠性降低，而光学被动式具有结构简单，体积小，重量轻，可靠性高等优点，是特殊军用红外光学的主要方式。之前用于长波消热差的红外光学镜头的镜片数基本上都是多于三片，并且由于常用红外材料单晶锗的温度局限性，常采用高热膨胀系数和低热膨胀系数的机械材料组合来实现消热差。
因此，亟待开发出一种在恶劣温度环境下依然保证系统成像质量的长波消热差红外光学镜头。
实用新型内容
本实用新型的目的在于通过提供一种长波消热差红外光学镜头，以改变目前的光学镜头所存在的随着环境温度的变化，使红外光学系统产生热离焦，导致系统成像质量变差的问题。
本实用新型一种长波消热差红外光学镜头，没有采用常用的红外材料单晶锗，而是采用红外玻璃AMTIR1，可在-40℃～60℃温度范围内获得良好，稳定的成像质量，防止了在恶劣温度环境下系统成像质量变差，同时具有结构简单，体积小，重量轻，可靠性高的特点。
一种长波消热差红外光学镜头，由物方到成像方依次包括具有正屈光度的第一透镜，具有负屈光度的第二透镜和具有正屈光度的第三透镜。其中，第一透镜由一片凸面朝向物侧的弯月型正红外玻璃构成，在第一透镜的第二面采用非球面以校正球差，慧差，象散等像差，同时，在第一透镜的第二面引入了衍射面，其作用有二：一是可以很好的校正红外光学系统的色差，二是可以减小红外光学系统的热差；第二透镜由一片凸面朝向物侧的弯月型负红外玻璃构成；第三透镜由一片双凸的正红外玻璃构成，且在第三透镜的第一面采用非球面以校正像差。
本实用新型长波消热差红外光学镜头，与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果。
本实用新型的整个红外光学系统只用了三片透镜，具有结构简单，体积小，重量轻的优点。系统中没有采用常用的红外材料单晶锗，而是采用红外玻璃AMTIR1，无需用不同热膨胀系数的机械材料组合来实现消热差的方法就可以在-40℃～60℃温度范围内获得良好，稳定的成像质量，增加的系统的可靠性且能满足军事领域抗振动冲击和工作环境温度变化大的要求。同时利用衍射光学元件负色散，负热常量的特性，达到了很好的消热差的效果。
附图说明
图1为本实用新型具体实施的焦距为23.6mm的消热差红外光学镜头示意图；
图2A至图2C为此消热差红外光学镜头在-40℃，20℃，60℃时的光学传递函数图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施例加以说明：
图1是本实用新型一具体实施的焦距为23.6mm的消热差红外光学镜头示意图。参照图1，本实用新型包括第一透镜1，第二透镜2，第三透镜3三片红外透镜。其中，A为物侧，B为像侧。
在本实例中，为了更好的校正球差，慧差，象散等像差，第一透镜1的第二面5和第三透镜3的第一面8采用了非球面。同时，为了达到很好的校正红外光学系统的色差和减小红外光学系统的热差的目的，在第一透镜1的第二面5采用了衍射面。
在本实例中，红外光学系统只用了三片透镜，没有采用常用的红外材料单晶锗，而是采用红外玻璃AMTIR1，可以减小温度对红外材料的影响，同时，衍射面的引入，可以很好的达到消热差的效果。整个光学系统无需机电装置，无需特殊机械材料，结构简单，体积小，重量轻，可靠性高，可满足军事领域抗振动冲击和工作环境温度变化大的要求。
本实用新型的主要光学参数如下：
工作波段：8～12μm；
焦距：    23.6mm；
F/#：    1；
视场角：  31.8°×24.1°；
透过率：  ＞85％。
图2A至图2C是本实用新型的消热差红外光学镜头在-40℃，20℃，60℃时的光学传递函数图，且其横轴表示每毫米的线对数，纵轴为调制传递函数数值。从图中可以看出，在-40℃～60℃温度范围内系统都可获得良好的成像质量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种长波消热差红外光学镜头，由物方到成像方依次包括具有正屈光度的第一透镜(1)，具有负屈光度的第二透镜(2)和具有正屈光度的第三透镜(3)；其特征在于：
所述的第一透镜(1)由一片凸面朝向物侧的弯月型正红外玻璃构成，在第一透镜的第二面(5)为衍射面，采用非球面以校正球差、慧差、象散等像差；
所述的第二透镜(2)由一片凸面朝向物侧的弯月型负红外玻璃构成；
所述的第三透镜(3)由一片双凸的正红外玻璃构成，其第一面(8)采用非球面以校正像差。
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