專利名稱：一種紅外雙波段消熱差光學(xué)鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工作在中波和長(zhǎng)波段的紅外光學(xué)鏡頭，特別涉及一種工作于3 5Mm和8 12ΜΠ1波段、消熱差的光學(xué)鏡頭，它可在-60°C到+80°C環(huán)境溫度范圍內(nèi)成像。
背景技術(shù)：
紅外成像基于目標(biāo)與背景輻射度的不同，根據(jù)普朗克黑體輻射定律，波長(zhǎng)3 5Mffl 的中波紅外主要用于觀測(cè)高溫事件，波長(zhǎng)8 12Mm的長(zhǎng)波紅外用于探測(cè)常溫物體輪廓，結(jié)合這兩個(gè)波段的成像特點(diǎn)，可提高目標(biāo)的探測(cè)及識(shí)別能力。對(duì)這兩個(gè)紅外波段同時(shí)敏感的探測(cè)器陣列有雙波段碲鎘汞焦平面陣列和量子阱紅外光電探測(cè)器陣列，現(xiàn)以相對(duì)成熟的碲鎘汞焦平面陣列居多，美國(guó)FUR系統(tǒng)公司和法國(guó)Sofradir公司已將這種雙波段探測(cè)器用于功能增強(qiáng)型紅外雙波段軍用攝像機(jī)。雙波段紅外成像技術(shù)在紅外偵察、預(yù)警探測(cè)、精確制導(dǎo)、光電對(duì)抗等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，因此，設(shè)計(jì)和研制高性能的紅外雙波段光學(xué)鏡頭有著十分重要的意義和必要性。然而，紅外光學(xué)材料對(duì)環(huán)境溫度較敏感，隨著環(huán)境溫度變化，會(huì)引起紅外光學(xué)系統(tǒng)的焦距、像面位置及像差的變化，成像質(zhì)量下降，這種由溫度變化導(dǎo)致的成像質(zhì)量差異稱為熱像差，簡(jiǎn)稱熱差。為了能在寬溫度變化環(huán)境中工作，得到好的成像質(zhì)量，需進(jìn)行消熱差研究和設(shè)計(jì)。目前，消熱差方法主要有機(jī)電主動(dòng)式、機(jī)械被動(dòng)式和光學(xué)被動(dòng)式，光學(xué)被動(dòng)式消熱差方法以其重量小、無功耗、可靠性高等特點(diǎn)，已成為光學(xué)系統(tǒng)消熱差的首選方法，通過匹配透鏡與鏡頭結(jié)構(gòu)件的熱性能消除熱差。在本發(fā)明作出之前，CN10196369A的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種長(zhǎng)波消熱差紅外光學(xué)鏡頭；CN101738619A的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種雙波段紅外光學(xué)系統(tǒng)，其雙波段紅外光學(xué)鏡頭由紅外窗口、分光鏡、中波鏡頭和長(zhǎng)波鏡頭組成。目前，采用光學(xué)被動(dòng)式消熱差方法， 提供一種工作在中波和長(zhǎng)波紅外雙波段的光學(xué)鏡頭未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種能有效消除溫度變化的影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作在中波和長(zhǎng)波紅外雙波段的光學(xué)鏡頭。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種紅外雙波段消熱差光學(xué)鏡頭，它采用共光軸柯克三片型結(jié)構(gòu)，由四塊折射透鏡構(gòu)成，按光線入射方向，分別為第一塊透鏡、第二塊透鏡、第三塊透鏡和第四塊透鏡，孔徑光闌位于像面的冷屏處；四片折射透鏡的材料依次為鍺、硒化鋅、硫化鋅和硒化鋅；四片折射透鏡的光焦度依次為Φρ Φ2、63和Φ4，相對(duì)于鏡頭焦距歸一化時(shí)的取值范圍為-1.0彡Φ:彡-0. 5、1. 50彡Φ2 ^ 2.0, -2.0 ^ Φ3 ^ "1. 50 和1. 0 < Φ4 < 1. 5 ；所述的第一塊透鏡的后表面和第三塊透鏡的前表面為非球面。本發(fā)明提供的一種紅外雙波段消熱差光學(xué)鏡頭，其工作波段為3 5Mm和8 12Mm ；工作的環(huán)境溫度范圍為-60 80°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)在于紅外雙波段消熱差光學(xué)鏡頭采用柯克三片型結(jié)構(gòu)型式，兩個(gè)非球面，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成像質(zhì)量高，消熱差效果好，并具有后工作距大、 100%冷光闌效率等特點(diǎn)，可用作紅外雙色導(dǎo)引頭等，在軍工和民用領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的紅外雙波段消熱差光學(xué)鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述的光學(xué)鏡頭的畸變曲線圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述的光學(xué)鏡頭在-60°C時(shí)中波紅外調(diào)制傳遞函數(shù)曲線圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例所述的光學(xué)鏡頭在20°C時(shí)中波紅外調(diào)制傳遞函數(shù)曲線圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例所述的光學(xué)鏡頭在80°C時(shí)中波紅外調(diào)制傳遞函數(shù)曲線圖； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例所述的光學(xué)鏡頭在-60°C時(shí)長(zhǎng)波紅外調(diào)制傳遞函數(shù)曲線圖； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例所述的光學(xué)鏡頭在20°C時(shí)長(zhǎng)波紅外調(diào)制傳遞函數(shù)曲線圖； 圖8是本發(fā)明實(shí)施例所述的光學(xué)鏡頭在80°C時(shí)長(zhǎng)波紅外調(diào)制傳遞函數(shù)曲線圖； 圖1中1、按光線入射方向的第一塊透鏡；2、按光線入射方向的第二塊透鏡；3、按光線入射方向的第三塊透鏡；4、按光線入射方向的第四塊透鏡。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案作進(jìn)一步的具體闡述。本實(shí)施例的技術(shù)方案是提供一種中波和長(zhǎng)波紅外雙波段消熱差光學(xué)鏡頭，其設(shè)計(jì)參數(shù)為工作波長(zhǎng)3 5Mm和8 12Mm，焦距為100mm，視場(chǎng)角為7. 04°，F(xiàn)數(shù)為2。參見附圖1，它是本實(shí)施例所述的光學(xué)鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可以看到，該光學(xué)鏡頭采用共光軸柯克三片型結(jié)構(gòu)型式，由四塊折射透鏡構(gòu)成，按光線入射方向，分別為第一塊透鏡1、第二塊透鏡2、第三塊透鏡3和第四塊透鏡4，孔徑光闌位于像面的冷屏處，無漸本實(shí)施例提供的紅外雙波段消熱差光學(xué)鏡頭各塊透鏡的具體數(shù)據(jù)及所采用的材料見表1。表 權(quán)利要求
1.一種紅外雙波段消熱差光學(xué)鏡頭，其特征在于它采用共光軸柯克三片型結(jié)構(gòu)，由四塊折射透鏡構(gòu)成，按光線入射方向，分別為第一塊透鏡[1]、第二塊透鏡[2]、第三塊透鏡 [3]和第四塊透鏡W]，孔徑光闌位于像面的冷屏處；四塊折射透鏡的材料依次為鍺、硒化鋅、硫化鋅和硒化鋅；四塊折射透鏡的光焦度依次為Φρ Φ2、63和Φ4，相對(duì)于鏡頭焦距歸一化時(shí)的取值范圍為-1.0彡彡-0. 5、1. 50彡Φ2 ^ 2.0, -2.0 ^ Φ3彡-1.50和 1.0^ 1.5 ；所述的第一塊透鏡[1]的后表面和第三塊透鏡[3]的前表面為非球面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外雙波段消熱差光學(xué)鏡頭，其特征在于所述的雙波段為3 5Mm和8 12Mm波段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外雙波段消熱差光學(xué)鏡頭，其特征在于工作的環(huán)境溫度范圍為-60 80°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外雙波段消熱差光學(xué)鏡頭，工作波段為3～5μm和8～12μm；工作的環(huán)境溫度范圍為-60～80℃。它采用共光軸柯克三片型結(jié)構(gòu)，由四塊折射透鏡構(gòu)成，孔徑光闌位于像面的冷屏處。按光線入射方向，第一塊透鏡[1]的后表面和第三塊透鏡[3]的前表面為非球面；透鏡的材料依次為鍺、硒化鋅、硫化鋅和硒化鋅；相對(duì)于鏡頭焦距歸一化時(shí)光焦度的取值范圍依次為-1.0≤φ1≤-0.5、1.50≤φ2≤2.0、-2.0≤φ3≤-1.50和1.0≤φ4≤1.5。該光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成像質(zhì)量高，消熱差效果好，并具有后工作距大、100%冷光闌效率等特點(diǎn)，可用作紅外雙色導(dǎo)引頭等，在軍工和民用領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G02B3/08GK102183836SQ20111012423
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月14日
發(fā)明者張春艷, 沈?yàn)槊?申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)