CN217032766U

CN217032766U - 一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头

Info

Publication number: CN217032766U
Application number: CN202123416543.6U
Authority: CN
Inventors: 张小发; 陈丽娜; 谢志成; 唐秀娥; 张清苏
Original assignee: Fujian Forecam Tiantong Optics Co Ltd
Current assignee: Fujian Forecam Tiantong Optics Co Ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2031-12-31

Abstract

本实用新型涉及一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头，所述镜头光学系统中沿光线入射方向自左向右依次设有正透镜A、负透镜B以及正透镜C，所述正透镜A与负透镜B之间的空气间隔为3.250mm，负透镜B与正透镜C之间的空气间隔为5.273mm，该镜头结构紧凑，体积小巧，方便使用，而且能够稳定的保持在高温环境中，自动地实现光学消热差，提高使用效率，且生产成本低廉，具有很强的实用性和经济价值；具备可匹配多型号探测器的大成像靶面，能同时适用于不同探测器，满足了市场的不同需求，大的靶面为不同的应用领域提供了使用空间，真实的满足了客户的使用要求，并且能适用于、解决探测器批量生产公差过于大的问题。

Description

一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头

技术领域

本实用新型涉及一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头。

背景技术

随着当前红外镜头在商业和民用方面的需要，红外成像技术已较广泛地应用在国防、工业、医疗、电力检测等领域，具有较大的应用前景和市场价值。红外探测技术是研究红外辐射产生、转换及其应用的技术，其具有一定的穿透烟、雾等的能力以及识别伪装的能力，不受战场一些强光的影响，红外识别目标和景物的基础是红外辐射。可以快速实现远距离，全天候观察，尤其适用于夜间和不良气象条件下对目标进行探测和识别。

其中，红外系统中，影响因素较大的是温度。此因素主要使红外材料的折射率造成较大变化，也会因热胀冷缩的因素影响镜筒的尺寸，其较坏影响是致使系统各镜片之光焦度发生不可预测之改变和造成理想像面发生偏移，造成图像模糊不清，对比度下降，最终影响光学成像质量，进而最终影响整体系统的成像性能。当前红外长波光学无热化镜头的镜头材料一般会使用硒化锌材料，但是硒化锌材料的价格较贵，自然造成产品成本比较高，限制了其应用。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头，解决了现有镜头会因温度差致使光焦度变化和最佳理想像面发生偏移的问题，实现光学消热差。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头，该镜头光学系统中沿光线入射方向自左向右依次设有正透镜A、负透镜B以及正透镜C，所述正透镜A与负透镜B之间的空气间隔为3.250mm，负透镜B与正透镜C之间的空气间隔为5.273mm。

进一步的，所述正透镜A之材料为硫系，负透镜B和正透镜C的材料分别为红外镜头常用材料锗（Ge）和硫系材料。

进一步的，所述正透镜A焦距为f1,负透镜B焦距为f2，正透镜C焦距为f3，由正透镜A、负透镜B以及正透镜C所组成的无热化镜头的焦距为f，其比例满足：1.5< f₁/f<2.0；-3.5< f₂/f<-2.2；0.52< f₃/f<1.35。

进一步的，所述正透镜A及正透镜C为非球面透镜，所述负透镜B为衍射面透镜。

进一步的，所述正透镜C与像面之间间距为9.850mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：该镜头结构紧凑，体积小巧，设计合理，能够满足在较高温度使用要求，实现光学消热差的目的，携带方便，使用简明，提高市场应用占有率，同时，降低生产成本，具有较强的实用性；

进一步的，与现有技术比较，本新结构系统焦距为25.00mm,查阅专利，符合以下两种条件：

一、系统为长波波段,且满足无热化要求；

二、焦距段范围±2mm（即20mm-30mm）;

比如CN 206020789U匹配探测器640*512，为全像高为13.9mm,焦距相接近的专利号CN 107092076 A/B, 匹配探测器384*288全像高8.16mm以及专利号CN 103941379, 匹配探测器384*288全像高12mm；

本发明一种25.0mm大靶面红外光学无热化镜头及成像方法更具有以下较为明显益处；

（1）本发明的新结构可以满足客户对该系统成像大靶面的要求，全像高为15.80mm，成像靶面大于常规使用的640*512的17um探测器。

（2）技术难度升级，适用性凸显，它可匹配多型号探测器的大靶面优势明显，能同时适用于不同型号的探测器，可满足QVGA/QVGA MAX等型号的红外非制冷型探测器，满足了市场的不同需求，可匹配多型号探测器的技术优势为不同的应用领域提供了使用空间，贴近市场需求。

（3）能适用于、解决探测器批量生产公差过于大的问题，探测器在封装过程中，常常会出现探测器尺寸的正负公差，能很好的适应大批量生产。

（4）该系统采用无热化消色差，能够在较大温度范围内实现无热化，系统成像更为稳定可靠，且体积小巧，系统紧凑。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的光学结构示意图；

图2为本实用新型实施例20摄氏度常温MTF示意图；

图3为本实用新型实施例-40摄氏度低温MTF示意图；

图4为本实用新型实施例80摄氏度高温MTF示意图；

图5为本实用新型实施例的光学系统畸变与像差图。

图中：1-正透镜A，2-负透镜B，3-正透镜C，4-像面保护窗口。

具体实施方式

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

实施例1：如图1~5所示，一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头，其镜头光学系统中沿光线入射方向自左向右依次设有正透镜A、负透镜B以及正透镜C，所述正透镜A与负透镜B之间的空气间隔为3.250mm，负透镜B与正透镜C之间的空气间隔为5.273mm。

在本实用新型实施例中，所述正透镜A之材料为硫系，负透镜B和正透镜C的材料分别为红外镜头常用材料锗（Ge）和硫系材料，其中锗分为单晶锗和多晶锗，多晶锗由于其边界处多有杂质，影响到折射率的不均匀性，因此本设计首选单晶锗。

其中，负透镜B采用的锗（Ge）材料应用了衍射技术，降低镜片材料成本的同时，还实现了高低温下红外光学系统消热差目的。

在本实用新型实施例中，所述正透镜A焦距为f1,负透镜B焦距为f2，正透镜C焦距为f3，由正透镜A、负透镜B以及正透镜C所组成的无热化镜头的焦距为f，其比例满足：1.5<f₁/f<2.0；-3.5< f₂/f<-2.2；0.52< f₃/f<1.35，满足了上述比例条件，可以使该红外系统在8～12um的波长范围内的像差得到合理的校正与平衡。

在本实用新型实施例中，所述正透镜A及正透镜C为非球面透镜，所述负透镜B可以是衍射光学元件。

本实施例中，正透镜A、负透镜B及正透镜C所形成的红外光学结构达到了下述之光学指标：

（1）工作波段：8um-12um；

（2）焦距：f=25.0mm；

（3）相对孔径D/ f：1/1.0

（4）视场角：2ω=34.48°；

（5）畸变： <2.0%；

（6）分辨率：可满足QVGA/QVGA MAX等型号的红外非制冷型探测器；

（7）系统最大成像靶面：15.80mm；

（8）光路总长≤40mm，光学后截距 9.85mm。

实施例3：在实施例1的基础上，本实施例中，正透镜A自左向右第二面为非球面，负透镜B自左向右第二面为球面，负透镜B自左向右第一面为衍射面，正透镜C两个面均为非球面。

在本实用新型实施例中，正透镜A、负透镜B及正透镜C构成光学元件参数汇总表，如下述表1所示，其中S1、S2、S3…标识依次是正透镜A、负透镜B及正透镜C沿光线入射方向自左向右对应各个表面参数，间隔表示该表面至下一表面中心间距：

表1

注：fn分别代表正透镜A、负透镜B和正透镜C的焦距，n为1、2和3。

在本实用新型实施例中，非球面满足下列公式：

其中，Z为非球面沿着光轴方向到达高度为r的位置时，距非球面顶点的失高；

c=1/r，r表示镜面的近轴曲率半径，k为圆锥系数；A2、A4、A6、A8、A10、A12表示为高次非球面系数。

高次非球面系数表如下表2所示：

表2

在本实用新型实施例中，衍射面S3，Zemax中的相位分布函数=M(B1r2)，归化半径为9.475，B1=-35.2378789。

在本实用新型实施例中，光线自左向右依次通过正透镜A、负透镜B以及正透镜C后在探测器靶面上成像。本实用新型结构简单，设计合理，在高温度下，仍能够实现光学消热差，对温度环境有很好的稳定性，具有很强实用性。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了方案数值范围，那么所有公开的数值范围均为最佳的参数范围，任何本领域的技术人员都应该理解为：本方案的的最佳数值范围仅仅是诸多可实施的方案中生产效果比较明显或具有典型代表性的意义。由于数值较多，无法一一列举，所以本实用新型只公开部分数值来举例说明本发明的技术方案，并且，上述所列举的数值不能构成对本实用新型创造保护范围的限制

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可以得出其他各种形式的25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头。凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims

1.一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头，其特征在于：所述镜头光学系统中沿光线入射方向自左向右依次设有正透镜A、负透镜B以及正透镜C，所述正透镜A与负透镜B之间的空气间隔为3.250mm，负透镜B与正透镜C之间的空气间隔为5.273mm。

2.根据权利要求1所述的一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头，其特征在于：所述正透镜A之材料为硫系，负透镜B和正透镜C的材料分别为红外镜头常用材料锗（Ge）和硫系材料。

3.根据权利要求1所述的一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头，其特征在于：所述正透镜A焦距为f1,负透镜B焦距为f2，正透镜C焦距为f3，由正透镜A、负透镜B以及正透镜C所组成的无热化镜头的焦距为f，其比例满足：1.5< f₁/f<2.0；-3.5<f₂/f<-2.2；0.52< f₃/f<1.35。

4.根据权利要求1~3任一所述的一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头，其特征在于：所述正透镜A及正透镜C为非球面透镜，所述负透镜B为衍射面透镜。

5.根据权利要求1~3任一所述的一种25.0mm可匹配多型号探测器的大靶面红外光学无热化镜头，其特征在于：所述正透镜C与像面之间间距为9.850mm。