CN216696830U - 一种光学被动消热差的微光物镜光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种光学被动消热差的微光物镜光学系统，在壳体内，自物方到像方同光轴依次设置有第一透镜、三胶合透镜、双胶合透镜、第七透镜、第八透镜和低照度器件保护窗；三胶合透镜依次包括第二透镜、第三透镜和第四透镜，其中第二透镜的后表面与第三透镜的前表面的半径相等；第三透镜的后表面与第四透镜的前表面的半径相等；双胶合透镜依次包括第五透镜和第六透镜，其中第五透镜的后表面与第六透镜的前表面的半径相等；系统的光阑面在第二透镜的前表面上；透镜的面型均为球面。本实用新型的有效焦距为21.5mm、F数为1.2、圆形视场为45.4°，可以提高夜视分辨能力、观察更远的目标和更大的视野，满足微光头盔观察镜的要求。
Description
技术领域
本实用新型属于光学设计技术领域，涉及一种光学被动消热差的微光物镜光学系统，尤其是一种具有大视场、小F数、小畸变特点的光学被动消热差的微光物镜光学系统。
背景技术
微光头盔观察镜是利用星光、月光和大气辉光经目标反射后由微光物镜汇聚到微光探测器上而成像。现在绝大部分微光头盔观察镜是使用像增强器做为微光探测器器件，其优点是灵敏度比较高，缺点是不能长时间工作在强光条件下。
随着半导体器件的发展，其微光半导体器件的灵敏度越来越高，已经能够满足微光头盔观察镜的探测器的使用要求，逐步得到推广利用。微光半导体器件不但能工作在强光环境中，也能工作在微光环境中，能满足昼夜工作的需要。
微光头盔观察镜使用环境温度变化较大，随着温度的变化，像面位置产生位移，为了补偿此位移量，绝大部分微光头盔观察镜采取手动调焦的型式来补偿此位移量。手动调节机构会带来微光头盔观察镜体积和重量的增加，故需要一款能适应环境温度变化且无需调焦的微光物镜系统。
微光头盔观察镜为了看的远，需要比较小的F数来增加夜晚所接收的目标反射的能量，以提高微光整机的灵敏度；为了视野看的更广，需要增加微光物镜系统的视场，大视场一般带来比较大的畸变值，使图像变形严重，影响观察舒适度。
综上所述，微光头盔观察镜需要一款大视场、小F数、小畸变、光学被动消热差的微光物镜光学系统。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服上述不足，提供一种具有大视场、小F数、小畸变特点的光学被动消热差的微光物镜光学系统。
为实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：
一种光学被动消热差的微光物镜光学系统，其有效焦距为21.5mm，F数为1.2，圆形视场为45.4°，最大畸变为0.73％，工作波段为0.6μm～0.75μm(中心波长)～1μm，光学总长为34.5mm，工作温度范围-40℃～60℃。
所述微光物镜光学系统包括壳体以及在壳体内自物方到像方同光轴地依次设置的第一透镜、三胶合透镜、双胶合透镜、第七透镜、第八透镜和低照度器件保护窗。
所述三胶合透镜由自物方到像方同光轴地依次设置的第二透镜、第三透镜和第四透镜组成，其中第二透镜的后表面与第三透镜的前表面的半径相等；第三透镜的后表面与第四透镜的前表面的半径相等。
所述双胶合透镜由自物方到像方同光轴地依次设置的第五透镜和第六透镜组成，其中第五透镜的后表面与第六透镜的前表面的半径相等。
所述低照度器件保护窗为一块平板玻璃，其前表面和的后表面半径为无穷大。
所述微光物镜光学系统的光阑面选在第二透镜的前表面上。
所述微光物镜光学系统透镜的面型均为球面。
所述第一透镜的前表面镀制增透膜加二氧化硅保护膜。所述第一透镜的后表面、第二透镜的前表面、第四透镜的后表面、第五透镜的前表面、第六透镜的后表面、第七透镜的前表面、第七透镜的后表面、第八透镜的前表面、第八透镜的后表面镀制增透膜。所述第二透镜的后表面、第三透镜的前表面、第三透的后表面、第四透镜的前表面、第五透镜的后表面、第六透镜的前表面不需要镀制膜层。
上述的前表面定义为光入射面、的后表面定义为光出射面。
所述微光物镜光学系统透镜的材料均为成都光明的环保材料，其中第一透镜选用玻璃牌号为H-ZLaF68B；第二透镜选用玻璃牌号为H-ZLaF68B；第三透镜选用玻璃牌号为H-FK61；第四透镜选用玻璃牌号为H-ZF13；第五透镜选用玻璃牌号为H-ZF13；第六透镜选用玻璃牌号为H-ZLaF68B；第七透镜选用玻璃牌号为H-ZLaF68B；第八透镜选用玻璃牌号为H-QK3L；壳体采用铝材料，依次组合进行光学被动消热差。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的微光物镜光学系统有效焦距为21.5mm，F数为1.2，可以提高整机系统的夜视分辨能力，可以观察更远的目标；此微光物镜光学系统圆形视场为45.4°，可以观察更大的视野；此微光物镜光学系统最大畸变为0.73％，所成图像具有很小的变形，观察更逼真舒适；此微光物镜光学系统使用半导体技术的低照度CMOS，可以实现强光条件下观察；此微光物镜光学系统光学被动消热差的设计型式，可取消相应的手动调节机构，依靠透镜和镜筒材料自动适应外界-40℃～+60℃的温度变化，保证成像清晰。
本实用新型具有以下优点：
1)此微光物镜光学系统可实现在-40℃～+60℃工作温度范围内成像清晰；
2)此微光物镜光学系统具有较大的观察视野；
3)此微光物镜光学系统具有较高的分辨能力；
4)此微光物镜光学系统显示的图像具有很小的变形；
5)此微光物镜光学系统具有强光条件下观察的能力。
附图说明
图1为本实用新型微光物镜光学系统的光学布局型式图。
图2为微光物镜光学系统20℃时MTF曲线。
图3为微光物镜光学系统20℃时畸变曲线。
图4为微光物镜光学系统-40℃时MTF曲线。
图5为微光物镜光学系统-40℃时畸变曲线。
图6为微光物镜光学系统60℃时MTF曲线。
图7为微光物镜光学系统60℃时畸变曲线。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。
一种大视场、小F数、小畸变、光学被动消热差的微光物镜光学系统，有效焦距为21.5mm，F数为1.2，圆形视场为45.4°，最大畸变为0.73％，工作波段为0.6μm～0.75μm(中心波长)～1μm，光学总长为34.5mm，工作温度范围-40℃～60℃。
所述微光物镜光学系统包括自物方到像方同光轴地依次设置的第一透镜10、三胶合透镜2、双胶合透镜3、第七透镜40、第八透镜50和低照度器件保护窗60。
所述三胶合透镜2由自物方到像方同光轴地依次设置的第二透镜20、第三透镜21和第四透镜22组成，其中第二透镜20的后表面S202与第三透镜21的前表面S211的半径相等；第三透镜21的后表面S212与第四透镜22的前表面S221的半径相等。
所述双胶合透镜3由自物方到像方同光轴地依次设置的第五透镜30和第六透镜31，其中第五透镜30的后表面S302与第六透镜31的前表面S311的半径相等。
所述低照度器件保护窗60为一块平板玻璃，其前表面S601和的后表面S602半径为无穷大。
所述微光物镜光学系统的光阑面选在第二透镜20的前表面S201上。
所述微光物镜光学系统透镜的面型均为球面。
所述微光物镜光学系统透镜的材料均为成都光明的环保材料，其中第一透镜10选用玻璃牌号为H-ZLaF68B；第二透镜20选用玻璃牌号为H-ZLaF68B；第三透镜21选用玻璃牌号为H-FK61；第四透镜22选用玻璃牌号为H-ZF13；第五透镜30选用玻璃牌号为H-ZF13；第六透镜31选用玻璃牌号为H-ZLaF68B；第七透镜40选用玻璃牌号为H-ZLaF68B；第八透镜50选用玻璃牌号为H-QK3L；壳体采用铝材料，依次组合进行光学被动消热差。
所述第一透镜10的前表面S101暴露外面，需要镀制增透膜加二氧化硅保护膜，起到保护作用；第一透镜10的后表面S102、第二透镜20的前表面S201、第四透镜22的后表面S222、第五透镜30的前表面S301、第六透镜31的后表面S312、第七透镜40的前表面S401、第七透镜40的后表面S402、第八透镜50的前表面S501、第八透镜50的后表面S502需要镀制增透膜；第二透镜20的后表面S202、第三透镜21的前表面S211、第三透21的后表面S212、第四透镜22的前表面S221、第五透镜30的后表面S302、第六透镜31的前表面S311不需要镀制膜层。
表1为本实用新型微光物镜光学系统的光学结构参数。
表1
| 表面 | 曲率半径 | 厚度 | 材料 | 有效半口径 |
| S101 | 28.686842 | 2.142042 | H-ZLaF68B | 9.05 |
| S102 | 62.337425 | 0.200081 | 8.78 | |
| S201 | 16.437251 | 3.106245 | H-ZLaF68B | 8.46 |
| S202/S211 | 64.435039 | 3.662889 | H-FK61 | 8.01 |
| S212/S221 | -28.497607 | 1.000028 | H-ZF13 | 7.07 |
| S222 | 12.125432 | 2.309816 | 6.05 | |
| S301 | 29.546933 | 6.000308 | H-ZF13 | 5.93 |
| S302/S311 | 10.221634 | 5.985056 | H-ZLaF68B | 6.16 |
| S312 | -27.619754 | 0.194277 | 6.61 | |
| S401 | 97.549444 | 2.681983 | H-ZLaF68B | 6.79 |
| S402 | -530.631039 | 3.265498 | 6.91 | |
| S501 | -11.712501 | 0.994783 | h-QK3L | 6.99 |
| S502 | 1634.587074 | 2.007149 | 7.92 | |
| S601 | Infinity | 1 | H-K9L | 8.8 |
| S602 | Infinity | -0.074377 | 9.2 | |
| 像面 | Infinity | 0 |
微光物镜光学系统透镜面型选用球面可降低镜片的加工难度。第五透镜500为弯月形负透镜，在大视场条件下有利于校正系统的匹兹万场曲及畸变。
图2～图7示出了本发明的微光物镜光学系统的不同工作温度对应的光学传递函数(40lp/mm)和畸变曲线。从图中可以判断出光学系统在-40℃、20℃、60℃工作温度范围内与视场、孔径有关的轴向球差、垂轴球差、轴向色差、垂轴色差、慧差、场曲、畸变七种像差及对应的高级像差得到很好的校正，成像清晰无明显变形。
以上仅为本实用新型的较佳的实施例，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 (10)
1.一种光学被动消热差的微光物镜光学系统，包括壳体，其特征在于，自物方到像方，在壳体内同光轴依次设置有第一透镜、三胶合透镜、双胶合透镜、第七透镜和第八透镜；所述三胶合透镜由自物方到像方同光轴地依次设置的第二透镜、第三透镜和第四透镜组成，其中第二透镜的后表面与第三透镜的前表面的半径相等，第三透镜的后表面与第四透镜的前表面的半径相等；所述双胶合透镜由自物方到像方同光轴地依次设置的第五透镜和第六透镜组成，其中第五透镜的后表面与第六透镜的前表面的半径相等。
2.根据权利要求1所述的微光物镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜、三胶合透镜、双胶合透镜、第七透镜及第八透镜的面型均为球面。
3.根据权利要求1所述的微光物镜光学系统，其特征在于，所述微光物镜光学系统的光阑面在第二透镜的前表面上。
4.根据权利要求1所述的微光物镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜的前表面镀制增透膜加二氧化硅保护膜。
5.根据权利要求1所述的微光物镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜的后表面、第二透镜的前表面、第四透镜的后表面、第五透镜的前表面、第六透镜的后表面、第七透镜的前表面、第七透镜的后表面、第八透镜的前表面、第八透镜的后表面镀制增透膜。
6.根据权利要求1所述的微光物镜光学系统，其特征在于，所述微光物镜光学系统的有效焦距为21.5mm、F数为1.2、圆形视场为45.4°、最大畸变为0.73％。
7.根据权利要求1所述的微光物镜光学系统，其特征在于，所述微光物镜光学系统的工作波段为0.6μm～1μm，其中心波长为0.75μm。
8.根据权利要求1所述的微光物镜光学系统，其特征在于，所述微光物镜光学系统的光学总长为34.5mm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的微光物镜光学系统，其特征在于，在所述壳体内位于第八透镜的后方还设置有低照度器件保护窗，所述低照度器件保护窗为一块平板玻璃。
10.根据权利要求1-8任一项所述的微光物镜光学系统，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第六透镜和第七透镜的材料选用玻璃、牌号为H-ZLaF68B；所述第三透镜的材料选用玻璃、牌号为H-FK61；所述第四透镜和第五透镜的材料选用玻璃、牌号为H-ZF13；所述第八透镜的材料选用玻璃、牌号为H-QK3L；所述壳体采用铝材料。
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