CN214474201U - 一种非制冷红外置换式2倍增倍系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种非制冷红外置换式2倍增倍系统，属于红外光学技术领域；其包括增倍镜和初始物镜，所述增倍镜和初始物镜由左至右共光轴设置，所述增倍镜包括2倍镜第一透镜、2倍镜第二透镜和2倍镜第三透镜，所述初始物镜包括物镜第一透镜和物镜第二透镜，所述2倍镜第二透镜、物镜第一透镜和物镜第二透镜分别设置有高次非球面，所述物镜第二透镜非球面基底上设置衍射面；本实用新型应用于分辨率640×512，像元尺寸17μm的非制冷型红外探测器，增倍比为2倍，共由5片透镜组成，透镜数量少，结构简单，采用两种红外光学材料，合理分配光焦度实现了光学被动消热差、增倍等性能要求，具有较高的成像质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种增倍系统，尤其涉及一种非制冷红外置换式2倍增倍系统，属于红外光学技术领域。
背景技术
非制冷红外置换式2倍增倍系统在场所监控、防火监测和测温等方面具有重要作用，能全天候、大范围的监控周边情况。设计增倍非制冷红外物镜光学系统所面临的问题是，相对孔径大，F数小，增倍比一般都不大。而传统的非制冷红外物镜光学系统结构复杂，透镜数量多，造成系统透过率低、系统分辨率也低，光学总长很长，外形尺寸大。目前针对分辨率640×512，像元尺寸17μm的非制冷型红外探测器的增倍系统光学结构形式较复杂，透镜数量较多，整体增倍系统的体积较大，不便于使用操作和应用范围小，
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足,本实用新型提供了一种非制冷红外置换式2倍增倍系统。
本实用新型所采用的技术方案是：设计一种非制冷红外置换式2倍增倍系统，其包括增倍镜和初始物镜，所述增倍镜和初始物镜由左至右共光轴设置，所述增倍镜包括2倍镜第一透镜、2倍镜第二透镜和2倍镜第三透镜，所述2倍镜第一透镜、2倍镜第二透镜和2倍镜第三透镜沿光轴由左至右依次设置，所述初始物镜包括沿光轴由左至右依次设置的物镜第一透镜和物镜第二透镜，所述2倍镜第二透镜、物镜第一透镜和物镜第二透镜分别设置有高次非球面，所述物镜第二透镜非球面基底上设置衍射面。
进一步，所述2倍镜第一透镜为弯月形正透镜，所述2倍镜第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。
进一步，所述2倍镜第二透镜为凸凹形正透镜，所述2倍镜第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。
进一步，所述2倍镜第三透镜为凸凹形负透镜，所述2倍镜第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负。
进一步，所述物镜第一透镜为凸凹形负透镜，所述物镜第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负。
进一步，所述物镜第二透镜为凸凹形正透镜，所述物镜第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是：本实用新型采用摄远型光学结构，2倍镜第一透镜可有效收缩光线，减小物镜的外形尺寸，2倍镜第二透镜有效校正增倍镜的场曲、畸变，2倍镜第三透镜有效校正增倍镜的球差，所述2倍镜第一透镜、2倍镜第二透镜和2倍镜第三透镜共同构成增倍镜，使初始物镜的焦距增大2倍；物镜第一透镜能有效校正初始物镜的场曲、畸变，物镜第二透镜能有效校正初始物镜的色差，物镜第一透镜和物镜第二透镜共同构成初始物镜；同时在系统中混合使用折射/衍射面，使系统保证像质的同时简化了光学结构形式，透镜数量少，整体物镜的体积较小，更加便于使用操作和应用范围广。
衍射光学元件具有负色散特性、负温度特性，可实现对光波面的相位调制；与折射元件配合，大大改善系统成像质量，减小系统体积和减轻重量，降低成本等。
本实用新型是针对分辨率640×512，像元尺寸17μm的非制冷型红外探测器，提供一种非制冷红外置换式2倍增倍系统，该系统初始物镜的视场为24.55°×19.75°，增倍后的视场为12.42°×9.95°，增倍比为2倍，在-40℃～+50℃范围内有良好的像质。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型初始物镜时光学结构示意图；
图2为本实用新型增倍后光学结构示意图；
图3为本实用新型初始物镜时20℃下传递函数图；
图4为本实用新型增倍后20℃下传递函数图；
图5为本实用新型初始物镜时20℃下弥散斑图；
图6为本实用新型增倍后20℃下弥散斑图；
图7为本实用新型初始物镜时20℃下畸变图。
图8为本实用新型增倍后20℃下畸变图。
图中：1-2倍镜第一透镜，2-2倍镜第二透镜，3-2倍镜第三透镜，4-物镜第一透镜，5-物镜第二透镜。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若用到术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
如图1-图2所示：一种非制冷红外置换式2倍增倍系统，其包括增倍镜和初始物镜，所述增倍镜和初始物镜由左至右共光轴设置，所述增倍镜包括2倍镜第一透镜1、2倍镜第二透镜2和2倍镜第三透镜3，所述2倍镜第一透镜1、2倍镜第二透镜2和2倍镜第三透镜3沿光轴由左至右依次设置，增倍镜使初始物镜的焦距增大2倍，所述初始物镜包括沿光轴由左至右依次设置的物镜第一透镜4和物镜第二透镜5，所述2倍镜第二透镜2、物镜第一透镜4和物镜第二透镜5分别设置有非球面，所述物镜第二透镜5设置有衍射面。
所述2倍镜第一透镜1为弯月形正透镜，所述2倍镜第一透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正，可有效收缩光线，减小镜头的尺寸。所述2倍镜第二透镜2为凸凹形正透镜，所述2倍镜第二透镜2的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正，能有效校正增倍镜的场曲、畸变。所述2倍镜第三透镜3为凸凹形负透镜，所述2倍镜第三透镜3的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负，能有效校正增倍镜的球差。
所述物镜第一透镜4为凸凹形负透镜，所述物镜第一透镜4的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负，能有效校正初始物镜的场曲、畸变。所述物镜第二透镜5为凸凹形正透镜，所述物镜第二透镜5的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正，能有效校正初始物镜的色差。
在本实施例中，针对分辨率640×512，像元尺寸17μm的非制冷红外探测器，设计出本光学系统的焦距f：25mm/50mm，视场：24.55°×19.75°/12.42°×9.95°。更具体地，为提高像质，改善温度变化对像质的影响，2倍镜第二透镜2的物侧面、物镜第一透镜4的物侧面和物镜第二透镜5的像侧面均采用高次非球面，物镜第二透镜5的像侧为非球面加衍射面。
表1列出了2倍镜第二透镜2的物侧表面S3，物镜第一透镜4的物侧表面S7，物镜第二透镜5的像侧表面S10的非球面系数。
表1表面S3、S7、S10的非球面系数
| 表面 | K | A | B | C | D |
| S3 | 0 | 3.30065E-08 | -3.86867E-12 | -8.71029E-15 | 2.34485E-17 |
| S7 | 0 | 4.22541E-07 | -5.29249E-11 | 3.99678E-13 | -2.22309E-18 |
| S10 | 0 | -5.89047E-08 | 2.93253E-10 | -2.43613E-13 | 3.58476E-17 |
上述透镜中的非球面满足关系式(偶次非球面方程定义如下)：
式中，Z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；c＝1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。
表2列出了物镜第二透镜5的衍射面系数。
表2表面S10的衍射面系数
| 表面 | 衍射级次 | 中心波长(μm) | C1 | C2 |
| S10 | 1 | 10 | -2.0958E-06 | 6.3884E-9 |
其中C1、C2分别为衍射面2次项、4次项系数。
由于本实施例采用3个非球面、1个衍射面就达到了良好的成像质量，且工艺性好，能减少透镜数量，降低成本。
图3至图8为本实用新型非制冷红外置换式2倍增倍系统在20℃下的成像光学仿真数据图，其中图3至图4为光学传递函数(MTF)曲线图，横轴为每毫米线对数(lp/mm)，纵轴为对比度值；图5至图6为弥散斑(点列)图，图7至图8为畸变图。从图3至图8的图形曲线可以看出其温度为20℃下的MTF、弥散斑均方根值及畸变均在标准范围内，满足系统要求。
由此可见，本实用非制冷红外置换式2倍增倍系统有良好成像质量。
上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种非制冷红外置换式2倍增倍系统，其特征在于：包括增倍镜和初始物镜，所述增倍镜和初始物镜由左至右共光轴设置，所述增倍镜包括2倍镜第一透镜(1)、2倍镜第二透镜(2)和2倍镜第三透镜(3)，所述2倍镜第一透镜(1)、2倍镜第二透镜(2)和2倍镜第三透镜(3)沿光轴由左至右依次设置，所述初始物镜包括沿光轴由左至右依次设置的物镜第一透镜(4)和物镜第二透镜(5)，所述2倍镜第二透镜(2)、物镜第一透镜(4)和物镜第二透镜(5)分别设置有非球面，所述物镜第二透镜(5)设置有衍射面。
2.根据权利要求1所述的非制冷红外置换式2倍增倍系统，其特征在于：所述2倍镜第一透镜(1)为弯月形正透镜，所述2倍镜第一透镜(1)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。
3.根据权利要求2所述的非制冷红外置换式2倍增倍系统，其特征在于：所述2倍镜第二透镜(2)为凸凹形正透镜，所述2倍镜第二透镜(2)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。
4.根据权利要求3所述的非制冷红外置换式2倍增倍系统，其特征在于：所述2倍镜第三透镜(3)为凸凹形负透镜，所述2倍镜第三透镜(3)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负。
5.根据权利要求4所述的非制冷红外置换式2倍增倍系统，其特征在于：所述物镜第一透镜(4)为凸凹形负透镜，所述物镜第一透镜(4)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负。
6.根据权利要求5所述的非制冷红外置换式2倍增倍系统，其特征在于：所述物镜第二透镜(5)为凸凹形正透镜，所述物镜第二透镜(5)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。
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| CN116047714A (zh) * | 2022-12-25 | 2023-05-02 | 福建福光股份有限公司 | 一种激光红外共孔径双模光学系统 |
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