CN210572970U - 一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头，包括沿光轴从物方至像方依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜为凸面朝物侧的具有正光焦度的弯月形透镜；第二透镜为凹面朝向像侧的具有负光焦度的平凹透镜；第三透镜为凹面朝向像侧的具有正光焦度的弯月透镜；本实用新型能够通过光学被动无热化补偿温度变化后系统焦平面的变化，提高了红外系统的探测、识别率。
Description
技术领域
本实用新型属于光学红外物镜的技术领域，具体涉及一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头。
背景技术
随着非制冷探测器技术的成熟，长波红外非制冷光学系统在军用和民用领域均得到了广泛应用。由于红外光学材料的折射率温度系数较大，工作温度的剧烈变化会对红外光学系统有严重的而影响，引起系统焦距变化、像面漂移、成像质量下降等问题。针对这些特殊应用领域的而红外光学系统必须进行消热差设计，在设计的时候考虑温度变化对系统成像质量的影响，使得红外光学系统在一个较大的温度范围内均具有良好的成像质量。
综合国内外的研究报道,进行红外光学系统无热化设计的方法一般有以下三种:光学被动式、机械主动式和机械被动式。机械主动式技术,是利用测温反馈系统和机械调焦方式,但会增加系统的体积、重量和成本,而且会降低系统的可靠性。机械被动式方法,即使用机械结构,设计出的系统体积较小,但是这种机械结构要求高精度要求，机械加工装配难度加大。光学被动式消热差方法是不外加任何调焦机构,只通过匹配光学材料的光热系数和分配透镜的光焦度，使光学系统在一个很宽的温度范围内保持像面位移在系统的焦深范围以内，光学被动式无热化设计具有成本低、可靠性高的优点。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头，能够通过光学被动无热化补偿温度变化后系统焦平面的变化，提高了红外系统的探测、识别率。
实现本实用新型的技术方案如下：
一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头，包括沿光轴从物方至像方依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜为凸面朝物侧的具有正光焦度的弯月形透镜；第二透镜为凹面朝向像侧的具有负光焦度的平凹透镜；第三透镜为凹面朝向像侧的具有正光焦度的弯月透镜；
其中，每个透镜的光焦度、阿贝常数和归一化光焦度温度系数满足条件：
其中，
为透镜i的光焦度，φs为总光焦度，Vi为透镜i的阿贝常数，Ti为透镜i的归一化光焦度温度系数，i＝1,2,3，分别代表第一透镜、第二透镜和第三透镜。
进一步地，所述第一透镜的材料为硫系玻璃。
进一步地，所述第二透镜的材料为硒化锌。
进一步地，所述第三透镜的材料为锗。
进一步地，φs＝0.022，
附图说明
图1为本实用新型无热化镜头的结构示意图。
图2(a)是本实用新型具体实施例无热化镜头20℃的点列图；(b)是本实用新型具体实施例无热化镜头-40℃的点列图；(c)是本实用新型具体实施例无热化镜头60℃的点列图。
图3(a)是本实用新型具体实施例无热化镜头20℃的畸变曲线图；(b)是本实用新型具体实施例无热化镜头-40℃的畸变曲线图；(c)是本实用新型具体实施例无热化镜头60℃的畸变曲线图。
图4(a)是本实用新型具体实施例无热化镜头20℃的MTF曲线图；(b)是本实用新型具体实施例无热化镜头-40℃的MTF曲线图；(c)是本实用新型具体实施例无热化镜头60℃的MTF曲线图。
其中，1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
本实用新型提供了一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头，如图1所示，包括沿光轴从物方至像方依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜为凸面朝物侧的具有正光焦度的弯月形透镜；第二透镜为凹面朝向像侧的具有负光焦度的平凹透镜；第三透镜为凹面朝向像侧的具有正光焦度的弯月透镜；
其中，每个透镜的光焦度、阿贝常数和归一化光焦度温度系数满足条件：
其中，
为透镜i的光焦度，φs为总光焦度，Vi为透镜i的阿贝常数，Ti为透镜i的归一化光焦度温度系数，i＝1,2,3，分别代表第一透镜、第二透镜和第三透镜。
在本实施例中，无热化镜头总的焦距f＝45mm，φs＝0.022，光圈数FNO＝1。第一透镜的焦距f1＝51.55mm，
采用较低温度折射率系数的硫系玻璃，用来补偿材料的大部分色差和小部分热差，剩余色差和热差由第二透镜、第三透镜平衡。第二透镜的焦距f2＝-64.88mm，
材料为硒化锌；第三透镜焦距f3＝55.56mm，
材料为锗。
本实施例无热化镜头在设计时，为达到机芯分辨率384*288、像素大小17微米的高分辨像质要求，镜头光阑放置在第一透镜的后表面上。对第一透镜的第二面、第二透镜的第二面以及第三透镜的第一个面分别采用非球面的设计，能在减少镜片数量的同时，保证成像质量。镜片数量的减少，也有效提高了光能透过率，提高了红外系统的探测、识别率。
本实施例无热化镜头具体参数请参见表一、表二。其中，第一透镜的两个面的序号分别为1和2，第二透镜的两个面的序号分别为3和4，第三透镜的两个面的序号分别为5和6。
表一光学元件参数表
所述非球面满足下列表达式：
式中，Z(Y)为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距非球面顶点的距离矢高，R表示非球面面的近轴曲率半径，K为圆锥系数conic，A、B、C、D为高次非球面系数。
表二非球面数据
| 非球面 | K | A | B | C | D |
| 2 | 0 | 1.47E-06 | -5.50E-10 | 4.06E-14 | 2.33E-16 |
| 4 | 0 | -4.13E-06 | 2.77E-09 | -2.76E-12 | 1.73E-15 |
| 5 | 0 | -2.90E-06 | -1.23E-08 | -8.08E-11 | -5.46E-13 |
需要注意的是，上述表格中的具体参数仅仅是例示性的，各透镜的参数不限于由上述各数值实施例所示出的值，可以采用其他的值，都可以达到类似的技术效果。
图2至图4为相应实施例的光学特性曲线图，其中图2是具体实施例的点列图，-20℃～+60℃各个视场均小于14um，小于机芯像素大小17um，说明成像的分辨率高；图3为畸变曲线图，表示不同视场角下的畸变大小值，-20℃～+60℃各个视场内畸变均小于0.3％；图4为MTF曲线图，代表整体无热化镜头的综合解像水平，在30lp/mm处，-20℃～+60℃各个视场的传递函数均在0.5以上。
有益效果：
1.本实用新型通过三片透镜，实现红外光学被动无热化。
2.本实用新型的体积和重量较小，满足非制冷手持红外观测仪对体积和重量的需求。
3.本实用新型通过较少的镜片，实现较高的系统透过率和较高的分辨率，最终满足对较远作用距离的需求。
4.本实用新型通过光学被动无热化补偿温度变化后系统焦平面的变化，在设计过程中考虑温度变化，通过计算不同红外材料分配光焦度，最终实现宽温度范围内的红外无热化。
5.本实用新型可应用非制冷手持红外观测仪，吊舱等多种设备上。
综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头，其特征在于，包括沿光轴从物方至像方依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜为凸面朝物侧的具有正光焦度的弯月形透镜；第二透镜为凹面朝向像侧的具有负光焦度的平凹透镜；第三透镜为凹面朝向像侧的具有正光焦度的弯月透镜；
其中，每个透镜的光焦度、阿贝常数和归一化光焦度温度系数满足条件：
其中，
为透镜i的光焦度，φs为总光焦度，Vi为透镜i的阿贝常数，Ti为透镜i的归一化光焦度温度系数，i＝1,2,3，分别代表第一透镜、第二透镜和第三透镜。
2.如权利要求1所述的一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头，其特征在于，所述第一透镜的材料为硫系玻璃。
3.如权利要求1所述的一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头，其特征在于，所述第二透镜的材料为硒化锌。
4.如权利要求1所述的一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头，其特征在于，所述第三透镜的材料为锗。
5.如权利要求1所述的一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头，其特征在于，φs＝0.022，
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