CN209640599U - 一种长波制冷型周视扫描镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种长波制冷型周视扫描镜头，其包括包括按光路依次设置的前置望远系统、回扫反射镜和后组成像物镜，前置望远系统包括按光路依次设置的正光焦度弯向像方的弯月锗透镜、正光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜、正光焦度弯向物方的弯月锗透镜和正光焦度双凸锗透镜，后组成像物镜包括按光路依次设置的正光焦度双凸锗透镜、正光焦度弯向物方的锗透镜、负光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜及正光焦度双凸透镜。本实用新型可以消除像移影响、减小回扫反射镜尺寸，保证成像质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种制冷型长波红外镜头，具体涉及一种应用于周视扫描系统光学补偿像移的长波制冷型周视扫描镜头。
背景技术
红外周视扫描光学系统是一类功能很明显的被动探测光学系统，此类系统能够360°扫描搜索及消除扫描过程中产生的像移、并连续跟踪在红外背景辐射和其他干扰下发射红外线的物体和目标。因此在目标搜寻、预警探测、森林防火等领域具有广阔的应用前景。
目前周视扫描镜头一般采用两种方式，消除转台扫瞄引入的像移，一种是在光学系统前加入回扫反射镜，此种方式会导致摆镜口径增大，难以控制尺寸重量及成本。另一种方式是在光学系统中通光口径较小处加入回扫反射镜，采用此种方式虽然摆镜口径较小，但在摆镜回扫过程中，会破坏光学系统的像差平衡，导致成像性能下降，且一旦转台转速加快，摆镜所需摆角增大，光学成像退化严重，系统不能完善工作。
实用新型内容
本实用新型为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种模块化长波制冷型周视扫描镜头，分为前置望远系统及后组成像物镜，具有既满足减小回扫反射镜尺寸，又保证成像质量的优点。
本实用新型的技术解决方案是：本实用新型为一种长波制冷型周视扫描镜头，其特殊之处在于：所述镜头包括按光路依次设置的前置望远系统、回扫反射镜和后组成像物镜。
上述前置望远系统包括按光路依次设置的正光焦度弯向像方的弯月锗透镜、正光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜、正光焦度弯向物方的弯月锗透镜和正光焦度双凸锗透镜。
上述后组成像物镜包括按光路依次设置的正光焦度双凸锗透镜、正光焦度弯向物方的锗透镜、负光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜及正光焦度双凸透镜。
上述回扫反射镜为无光焦度平面反射镜。
上述前置望远系统中正光焦度弯向像方的弯月锗透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径121.3，非球面表面曲率半径195.51，厚度10.31毫米，非球面表面系数：A＝1.97×10-8，B＝-2.96×10-13；正光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径44.42，非球面表面曲率半径81.59，厚度3毫米，非球面表面系数：A＝-4.07×10-7，B＝-2.36×10-11；正光焦度弯向物方的弯月锗透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径-61.8，非球面表面曲率半径-76.467，厚度3毫米，非球面表面系数：A＝-4.08×10-7，B＝6.79×10-9，C＝-2.5×10-11；正光焦度双凸锗透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径685.5，非球面表面曲率半径-312.99，厚度4毫米，非球面表面系数：A＝2.09×10-7，B＝-6.83×10-12。
上述后组成像物镜中正光焦度双凸锗透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径129.967，非球面表面曲率半径1549.443，厚度6毫米，非球面表面系数：A＝2.85×10-7，B＝-5.08×10-11，C＝4.49×10-15；正光焦度弯向物方的锗透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径-10.877，非球面表面曲率半径-13.8，厚度7.44毫米，非球面表面系数：A＝1.31×10-5，B＝4.55×10-8，C＝2.14×10-10，D＝1.69×10-12；负光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径21.92，非球面表面曲率半径35.69，厚度10.78毫米，非球面表面系数：A＝1.75×10-5，B＝-4.38×10-8，C＝6.61×10-11；正光焦度双凸透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径-129.768，非球面表面曲率半径52.31，厚度6毫米，非球面表面系数A＝-9.62×10-6，B＝2.06×10-8，C＝-1.73×10-11。
本实用新型通过模块化设计前置压缩望远系统及后组成像系统，具有以下优点：
1、可以消除像移影响。本实用新型应用的光学系统在随转台整体转动扫描过程中，回扫反射镜与转台同向转动保证曝光时间内目标稳定在像面同一位置，可以消除像移影响。本实用新型的镜头焦距为150mm，F数为2，适用于分辨率640×512，像元尺寸15μm红外热像仪，冷屏效率100％，满足转台转速720°/s，曝光时间1ms情况下进行像移补偿，
2、减小回扫反射镜尺寸，保证成像质量。本实用新型的长波制冷型周视扫描镜头，模块化设计前置望远系统与后组成像物镜，前组望远物镜为二倍压缩光路，光瞳后置于回扫反射镜处，既有利于减小回扫反射镜尺寸，又满足回扫反射镜补偿像移过程中不破坏像质平衡，保证成像质量的优点。
3、易于实现。本实用新型的模块化组件单独优化像质，易于装调实现。
附图说明
图1为本实用新型的前置望远系统光路图；
图2为本实用新型的后组成像物镜光路图；
图3为本实用新型的装置光路图；
图4为空间频率为33lp/mm，本实用新型前置望远系统MTF曲线图；
图5为空间频率为33lp/mm，本实用新型后组成像物镜MTF曲线图；
图6为空间频率为33lp/mm，本实用新型回扫反射镜0°光学系统的MTF曲线图；
图7为空间频率为33lp/mm，本实用新型回扫反射镜+0.72°光学系统的MTF曲线图；
图8为空间频率为33lp/mm，本实用新型回扫反射镜-0.72°光学系统的MTF曲线图。
附图标记如下：
1、正光焦度弯向像方的弯月锗透镜，2、正光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜，3、正光焦度弯向物方的弯月锗透镜，4、正光焦度双凸锗透镜，5、回扫反射镜，6、正光焦度双凸锗透镜、7、正光焦度弯向物方的锗透镜、8、负光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜、9正光焦度双凸透镜。
具体实施方式
参见图1、2、3，本实用新型具体实施例的扫描镜头采用前置望远系统、回扫反射镜和后组成像物镜的三模块设计。
本实用新型的前置望远系统采用2组4片式结构，包括靠近物面一侧由一个具有正光焦度弯向像方的弯月锗透镜1和一个具有正光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜2构成的前组，将目标像汇聚在一次像面处；一个具有正光焦度弯向物方的弯月锗透镜3及一个正光焦度双凸锗透镜4构成后组，将一次像发散为平行光路，前组与后组联合校正像差，实现前置望远系统模块完善设计，且将光瞳后置于回扫反射镜5处。
本实用新型的后组成像物镜采用2组4片式结构，包括靠近回扫反射镜5一侧由一个双凸单晶锗透镜6构成的前组，具有正光焦度且焦距较短，将一次像成像到二次像面处，有利于系统结构紧凑；一个具有正光焦度弯向物方的锗透镜7、一个具有负光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜8及一个正光焦度双凸透镜9构成的后组对光线进行会聚，成像在热像仪靶面，将入瞳投影到冷屏位置，实现光阑与冷屏匹配。
其中，在本实用新型的具体实施例中，各透镜参数为：
正光焦度弯向像方的弯月锗透镜1的透镜参数为：球面表面曲率半径121.3，非球面表面曲率半径195.51，厚度10.31毫米，非球面表面系数：A＝1.97×10-8，B＝-2.96×10-13；
正光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜2的透镜参数为：球面表面曲率半径44.42，非球面表面曲率半径81.59，厚度3毫米，非球面表面系数：A＝-4.07×10-7，B＝-2.36×10-11；
正光焦度弯向物方的弯月锗透镜3的透镜参数为：球面表面曲率半径-61.8，非球面表面曲率半径-76.467，厚度3毫米，非球面表面系数：A＝-4.08×10-7，B＝6.79×10-9，C＝-2.5×10-11；
正光焦度双凸锗透镜4的透镜参数为：球面表面曲率半径685.5，非球面表面曲率半径-312.99，厚度4毫米，非球面表面系数：A＝2.09×10-7，B＝-6.83×10-12；
正光焦度双凸锗透镜6的透镜参数为：球面表面曲率半径129.967，非球面表面曲率半径1549.443，厚度6毫米，非球面表面系数：A＝2.85×10-7，B＝-5.08×10-11，C＝4.49×10-15；
正光焦度弯向物方的锗透镜7的透镜参数为：球面表面曲率半径-10.877，非球面表面曲率半径-13.8，厚度7.44毫米，非球面表面系数：A＝1.31×10-5，B＝4.55×10-8，C＝2.14×10-10，D＝1.69×10-12；
负光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜8的透镜参数为：球面表面曲率半径21.92，非球面表面曲率半径35.69，厚度10.78毫米，非球面表面系数：A＝1.75×10-5，B＝-4.38×10-8，C＝6.61×10-11；
正光焦度双凸透镜9的透镜参数为：球面表面曲率半径-129.768，非球面表面曲率半径52.31，厚度6毫米，非球面表面系数A＝-9.62×10-6，B＝2.06×10-8，C＝-1.73×10-11；
如下表所示：
参见图4～图5，其为本实用新型的镜头在空间频率为33lp/mm时的MTF曲线，可以看出成像质量良好。
参见图6～图8，本实用新型应用的系统在回扫反射镜0°、+0.72°、-0.72°状态下，空间频率为33lp/mm时的MTF曲线值可以看出，回扫反射镜全行程内具有较好的成像质量，能够满足红外目标搜索跟踪要求。
Claims (4)
1.一种长波制冷型周视扫描镜头，其特征在于：所述镜头包括按光路依次设置的前置望远系统、回扫反射镜和后组成像物镜，所述前置望远系统包括按光路依次设置的正光焦度弯向像方的弯月锗透镜、正光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜、正光焦度弯向物方的弯月锗透镜和正光焦度双凸锗透镜，所述后组成像物镜包括按光路依次设置的正光焦度双凸锗透镜、正光焦度弯向物方的锗透镜、负光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜及正光焦度双凸透镜。
2.根据权利要求1所述的长波制冷型周视扫描镜头，其特征在于：所述回扫反射镜为无光焦度平面反射镜。
3.根据权利要求1或2所述的长波制冷型周视扫描镜头，其特征在于：所述前置望远系统中正光焦度弯向像方的弯月锗透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径121.3，非球面表面曲率半径195.51，厚度10.31毫米，非球面表面系数：A＝1.97×10-8，B＝-2.96×10-13；所述正光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径44.42，非球面表面曲率半径81.59，厚度3毫米，非球面表面系数：A＝-4.07×10-7，B＝-2.36×10-11；所述正光焦度弯向物方的弯月锗透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径-61.8，非球面表面曲率半径-76.467，厚度3毫米，非球面表面系数：A＝-4.08×10-7，B＝6.79×10-9，C＝-2.5×10-11；所述正光焦度双凸锗透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径685.5，非球面表面曲率半径-312.99，厚度4毫米，非球面表面系数：A＝2.09×10-7，B＝-6.83×10-12。
4.根据权利要求3所述的长波制冷型周视扫描镜头，其特征在于：所述后组成像物镜中正光焦度双凸锗透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径129.967，非球面表面曲率半径1549.443，厚度6毫米，非球面表面系数：A＝2.85×10-7，B＝-5.08×10-11，C＝4.49×10-15；所述正光焦度弯向物方的锗透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径-10.877，非球面表面曲率半径-13.8，厚度7.44毫米，非球面表面系数：A＝1.31×10-5，B＝4.55×10-8，C＝2.14×10-10，D＝1.69×10-12；所述负光焦度弯向像方的弯月硫化锌透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径21.92，非球面表面曲率半径35.69，厚度10.78毫米，非球面表面系数：A＝1.75×10-5，B＝-4.38×10-8，C＝6.61×10-11；所述正光焦度双凸透镜的透镜参数为：球面表面曲率半径-129.768，非球面表面曲率半径52.31，厚度6毫米，非球面表面系数A＝-9.62×10-6，B＝2.06×10-8，C＝-1.73×10-11。
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