CN213399040U - 一种热稳定二次成像中波红外镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热稳定二次成像中波红外镜头，属于光学红外成像技术领域。从物方到像方依次安置有正光焦度的第一正弯月透镜、正光焦度的第二正弯月透镜、负光焦度的第一负弯月透镜、负光焦度的第二负弯月透镜、正光焦度的第三正弯月透镜、保护玻璃和光阑。本实用新型可以很好的校正像差，达到高像质要求，且该中波镜头在热稳定技术的基础上，采用二次成像方法，便于与制冷型焦平面探测器相匹配，并能压缩第一物镜的口径，具有结构紧凑，体积小，重量轻，透镜片数少，透过率高的特点。

Description

一种热稳定二次成像中波红外镜头

技术领域

本实用新型涉及光学红外成像领域，尤其涉及一种热稳定二次成像中波红外镜头。

背景技术

中波红外光学系统能够探测高温目标，在军用仪器上有重要应用。为了提高中波红外光学系统目标探测灵敏度，适用于恶劣温度环境且具有较轻的重量、较小的体积，需要中波红外镜头光阑后置于制冷型探测器杜瓦瓶内实现 100％冷光阑效率，在-40°至50°温度范围内成像质量良好，且保证大相对孔径下镜头口径较小，片数较少，透过率较高。这些要求给中波红外镜头设计带来难度，是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种热稳定二次成像中波红外镜头，仅用5片较小口径透镜，解决了100％冷光阑效率且在-40°至 50°温度范围内成像质量较佳。

本实用新型为解决技术问题所采用的技术方案如下：一种热稳定二次成像中波红外镜头，在同光轴上从物方到像方依次安置有正光焦度的第一正弯月透镜、正光焦度的第二正弯月透镜、负光焦度的第一负弯月透镜、负光焦度的第二负弯月透镜、正光焦度的第三正弯月透镜、保护玻璃、光阑和像面；入射光束经第一正弯月透镜和第二正弯月透镜后在中间像面会聚成第一次像又入射第一负弯月透镜、第二负弯月透镜和第三正弯月透镜偏折过保护玻璃后经光阑限束后在像面汇聚成像；其中，所示第一负弯月透镜、第二负弯月透镜和第三正弯月透镜的前后表面均为偶次非球面。

进一步地，所述保护玻璃采用硅玻璃。

进一步地，所述第一正弯月透镜、第二负弯月透镜和第三正弯月透镜采用硅玻璃。

进一步地，所述第二正弯月透镜和第一负弯月透镜采用锗玻璃。

进一步地，所述第一负弯月透镜的凸面朝向像方，第二负弯月透镜的凸面朝向像方。

进一步地，所述中波红外镜头的视场角大于4°。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的热稳定二次成像中波红外镜头，通过第一负弯月透镜、第二负弯月透镜和第三正弯月透镜的两面都是偶次非球面，可以很好的校正像差，达到高像质要求，且该中波镜头在热稳定技术的基础上，采用二次成像方法，便于与制冷型焦平面探测器相匹配，并能压缩第一物镜的口径，具有结构紧凑，体积小，质量轻，透镜片数少，灵敏度高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的热稳定二次成像中波红外镜头光学结构图。

图2为本实用新型实施例提供的热稳定二次成像中波红外镜头的光路图。

图3为本实用新型实施例提供的热稳定二次成像中波红外镜头常温下的MTF曲线图。

图4为本实用新型实施例提供的热稳定二次成像中波红外镜头-40°温度下的MTF曲线图。

图5为本实用新型实施例提供的热稳定二次成像中波红外镜头-20°温度下的MTF曲线图。

图6为本实用新型实施例提供的热稳定二次成像中波红外镜头0°温度下的MTF曲线图。

图7为本实用新型实施例提供的热稳定二次成像中波红外镜头35°温度下的MTF曲线图。

图8为本实用新型实施例提供的热稳定二次成像中波红外镜头50°温度下的MTF曲线图。

附图标记说明：

1、第一正弯月透镜，2、第二正弯月透镜，3、第一负弯月透镜，4、第二负弯月透镜，5、第三正弯月透镜，6、保护玻璃，7、光阑，8、像面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

如图1-2所示，本实用新型提供的热稳定二次成像中波红外镜头，从物方到像方依次第一正弯月透镜1、第二正弯月透镜2、第一负弯月透镜3、第二负弯月透镜4、第三正弯月透镜5、保护玻璃6和光阑7。第一正弯月透镜1、第二正弯月透镜2、第三正弯月透镜5具有正光焦度，第一负弯月透镜3、第二负弯月透镜4具有负光焦度。第一负弯月透镜3、第二负弯月透镜4、第三正弯月透镜5的两面都是偶次非球面。

入射光束经第一正弯月透镜1和第二正弯月透镜2后在中间像面会聚成第一次像又入射第一负弯月透镜3、第二负弯月透镜4和第三正弯月透镜5偏折过保护玻璃6后经光阑7限束后在像面8汇聚成像。

第一负弯月透镜3的凸面朝向像方，第二负弯月透镜4的凸面朝向像方。第一正弯月透镜1、第二正弯月透镜2、第三正弯月透镜5、光阑7同轴设置。

第一负弯月透镜3、第二负弯月透镜4、第三正弯月透镜5的两面都是偶次非球面，其偶次非球面，可以很好的校正像差，达到高像质要求。本结构不仅镜片少、结构简单，而且到达高成像质量要求。

在像方和光阑7之间可设有保护玻璃6，保护玻璃6采用材料为硅。第一正弯月透镜1、第二负弯月透镜4、第三正弯月透镜5透镜采用材料硅，第二正弯月透镜2、第一负弯月透镜3透镜采用材料锗。

实施例所述热稳定二次成像中波红外镜头的波段为3-5μm，焦距为 200mm，全视场为5.63°，总长为250mm。镜头从物方(OBJ)到像方(IMA) 的所有的透镜的每个面的表面类型、曲率半径、厚度、折射率以及阿贝常数等相关参数如表1所示。

表1 所有的透镜的每个面的相关参数

上表中，面序号1和2对应第一正弯月透镜1，面序号3和4对应第二正弯月透镜2，面序号5和6对应第一负弯月透镜3、面序号7和8对应第二负弯月透镜4，面序号9和10对应第三正弯月透镜5，面序号11和12 对应保护玻璃6，STO对应光阑7，IMA像方即像面8。

同时，偶次非球面镜面公式满足：

上式中：h表示透镜表面上各点的Y轴坐标值；c为透镜表面的曲率半径r的倒数；k为圆锥系数，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为高阶非球面系；Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢量高度。

各镜面的非球面系数如表2所示。

表2 各镜面的非球面系数表

E代表科学记号。

实施例所述热稳定二次成像中波红外镜头分别在常温、-40℃、-20℃、 0℃、35℃、50℃温度下的MTF(光学调制传递函数)曲线如图3～图8所示，其中纵坐标OTF模值表示MTF，横坐标空间频率以周期每毫米为单位表示分辨率。图3～图8在30周期每毫米处MTF均大于0.2，表明系统的成像质量较佳，热稳定效果好。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种热稳定二次成像中波红外镜头，其特征在于，在同光轴上从物方到像方依次安置有正光焦度的第一正弯月透镜(1)、正光焦度的第二正弯月透镜(2)、负光焦度的第一负弯月透镜(3)、负光焦度的第二负弯月透镜(4)、正光焦度的第三正弯月透镜(5)、保护玻璃(6)、光阑(7)和像面(8)；入射光束经第一正弯月透镜(1)和第二正弯月透镜(2)后在中间像面会聚成第一次像又入射第一负弯月透镜(3)、第二负弯月透镜(4)和第三正弯月透镜(5)偏折过保护玻璃(6)后经光阑(7)限束后在像面(8)汇聚成像；其中，所示第一负弯月透镜(3)、第二负弯月透镜(4)和第三正弯月透镜(5)的前后表面均为偶次非球面。

2.根据权利要求1所述的热稳定二次成像中波红外镜头，其特征在于，所述保护玻璃(6)采用硅玻璃。

3.根据权利要求1所述的热稳定二次成像中波红外镜头，其特征在于，所述第一正弯月透镜(1)、第二负弯月透镜(4)和第三正弯月透镜(5)采用硅玻璃。

4.根据权利要求1所述的热稳定二次成像中波红外镜头，其特征在于，所述第二正弯月透镜(2)和第一负弯月透镜(3)采用锗玻璃。

5.根据权利要求1所述的热稳定二次成像中波红外镜头，其特征在于，所述第一负弯月透镜(3)的凸面朝向像方，第二负弯月透镜(4)的凸面朝向像方。

6.根据权利要求1所述的热稳定二次成像中波红外镜头，其特征在于，其视场角大于4°。

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