CN111999783B - 一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头及成像方法 - Google Patents

一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头及成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头及成像方法，包括镜筒，所述镜筒内沿光线入射方向自左向右依次设置有负透镜A、正透镜B以及正透镜C，所述负透镜A与正透镜B之间的空气间隔为16.323mm，正透镜B与正透镜C之间的空气间隔为7.472mm。本发明结构紧凑，携带方便，能保持在高温使用状态下，实现光学消热差，提高使用效率，且制作成本低廉，具有实用性。

Description

一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头及成像方法
技术领域
本发明涉及一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头及成像方法。
背景技术
随着科学技术的发展，红外成像技术已广泛应用在国防、工业、医疗、电力检测等领域，具有广阔的应用前景和使用价值。红外探测具有一定的穿透烟、雾、霾、雪等能力以及识别伪装的能力，不受战场强光、闪光干扰而致盲，可以实现远距离，全天候观察，尤其适用于夜间及不良气象条件下的目标探测，Modulation Transfer Function(调制传递函数，简称MTF)是目前分析镜头的解像比较科学的方法。
温度不仅会对光学材料的折射率造成影响也会对镜筒材料造成热胀冷缩，致使光焦度变化和最佳像面发生偏移，图像模糊不清，对比度下降，降低光学成像质量，最终影响镜头的成像性能。目前红外长波光学无热化镜头的镜头材料一般采用硒化锌材料，由于硒化锌材料比较贵重，造成产品成本比较高。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的温度差致使光焦度变化和最佳像面发生偏移，降低光学成像质量。
本发明的具体实施方案是：提供一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头，包括镜筒，所述镜筒内沿光线入射方向自左向右依次设置有负透镜A、正透镜B以及正透镜C，所述负透镜A与正透镜B之间的空气间隔为16.323mm，正透镜B与正透镜C之间的空气间隔为7.472mm。
进一步的，所述负透镜A材质为锗材料，正透镜B和正透镜C材质为硫系材料IRG206。
进一步的，所述负透镜A焦距为f1,正透镜B焦距为f2，正透镜C焦距为f3，由负透镜A、正透镜B以及正透镜C组成的***焦距为f，其比例满足：-1.6< f1/f<-1.5，1.3< f2/f<1.5，4.5< f3/f<5.4。
进一步的，所述负透镜A及正透镜C为非球面透镜，所述正透镜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8.395mm。
本发明还包括一种利用如上所述的一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头，光线自左向右依次通过负透镜A、正透镜B及正透镜C后进行成像。
现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本装置结构紧凑，设计合理，能满足在较高温度下，实现光学消热差的目的，携带方便，方便操作，提高使用效率，同时，降低制作成本，具有实用性。
附图说明
图1为本发明实施例的光学结构示意图；
图2为本发明实施例20摄氏度常温MTF示意图；
图3本发明实施例为-40摄氏度低温MTF示意图；
图4本发明实施例为-60摄氏度高温MTF示意图；
图中：1-负透镜A，2-正透镜B，3-正透镜C，4-像面窗口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
实施例：如图1~4所示，本实施例中，提供一种8.4mm大视场衍射面红外长波光学无热化镜头，包括镜筒，所述镜筒内沿光线入射方向自左向右依次设置有负透镜A、正透镜B以及正透镜C，负透镜A与正透镜B之间的空气间隔为16.323mm，正透镜B与正透镜C之间的空气间隔为7.472mm。
本实施例中，所述负透镜A材质为锗材料，正透镜B和正透镜C材质为硫系材料IRG206，。
其中，正透镜B采用的琉系材料应用了衍射光学技术，不仅可以达到降低镜片材料成本，同时实现了高低温下消热差目的。
本实施例中，所述负透镜A焦距为f1,正透镜B焦距为f2，正透镜C焦距为f3，由负透镜A、正透镜B以及正透镜C组成的***焦距为f，其比例满足：
-1.6< f1/f<-1.5；
1.3< f2/f<1.5；
4.5< f3/f<5.4。
满足了上述比例条件，可以使镜头在8～12um的波长范围的像差得到合理的校正和平衡。
本实施例中，所述负透镜A及正透镜C可以都是非球面透镜，所述正透镜B可以是衍射透镜。
实施例2：在实施例1的基础上，本实施例中，负透镜A、正透镜B及正透镜C构成的光学结构达到了以下光学指标：
（1）工作波段：8um-12um；
（2）焦距：f′=8.4mm；
（3）相对孔径D/ f′：1/1.1
（4）视场角：71.5°×58.2°×88.6°；
（5）畸变： <15%；
（6）分辨率：可满足长波红外非制冷型640×512，17μm；
（7）光路总长≤44.6mm，光学后截距 10.4mm。
实施例3：在实施例1的基础上，本实施例中，负透镜A右面为非球面，正透镜B左面为球面，正透镜B右面为衍射面，正透镜C左面为非球面。
本实施例中，负透镜A、正透镜B及正透镜C构成光学元件参数表如表1所示，其中S1、S2、S3…标识依负透镜A、正透镜B及正透镜C沿光线入射方向自左向右各个表面参数，间隔标识该表面至下一表面中心间距：
表1
本实施例中，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，距非球面顶点的距离失高；
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、A14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
本实施例中，衍射面S3，zemax中的相位分布函数=M(B1r2)，归化半径为10.75，B1=-42.95823。
本实施例中，光线自左向右依次经过负透镜A、正透镜B以及正透镜C后进行成像。本发明结构简单，设计合理，在高温度下，仍能实现光学消热差的目的，且改变材质，节约成本，具有实用性。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
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。
本发明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。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (1)

1.一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头成像方法，其特征在于，利用一种8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头，所述8.4mm大视场红外长波光学无热化镜头包括镜筒，所述镜筒内沿光线入射方向自左向右依次具有由负透镜A、正透镜B以及正透镜C组成的光学***，所述负透镜A与正透镜B之间的空气间隔为16.323mm，正透镜B与正透镜C之间的空气间隔为7.472mm；所述负透镜A材质为锗材料，正透镜B和正透镜C材质为硫系材料IRG206；
所述负透镜A焦距为f1,正透镜B焦距为f2，正透镜C焦距为f3，由负透镜A、正透镜B以及正透镜C组成的***焦距为f，其比例满足：-1.6< f1/f<-1.5，1.3<f2/f<1.5，4.5<f3 /f<5.4；
所述负透镜A及正透镜C为非球面透镜，所述正透镜B为衍射面透镜；
所述正透镜C与像面之间间距为8.395mm；
光线自左向右依次通过负透镜A、正透镜B及正透镜C后进行成像。
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