一種新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，沿光軸從物方至像方依次設(shè)置有三個(gè)透鏡，第一透鏡為凸面朝向物側(cè)的具有正屈光力的彎月形透鏡，第二透鏡為具有負(fù)屈光力的透鏡，第三透鏡為凸面朝向像側(cè)的具有正屈光力的透鏡。所述鏡頭滿足：0<f1*f*(n-1)/(FNO*R1*f23)<4，f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距；n為第一透鏡材料的中心波長(zhǎng)折射率；FNO為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)；R1為第一透鏡的凸面近似曲率半徑；f1為第一透鏡的焦距；f23為f第二透鏡和第三透鏡的組合焦距。本實(shí)用新型較其他光學(xué)消熱差方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，透過率高，通光量大等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于需要在寬溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)消熱差功能的紅外車載輔助和安防監(jiān)控領(lǐng)域。
【專利說明】一種新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，尤其是一種具有高通光量、寬溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)消熱差性能可廣泛適用于車載夜視和安防監(jiān)控領(lǐng)域的長(zhǎng)波光學(xué)消熱差鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著非制冷探測(cè)器技術(shù)的成熟，長(zhǎng)波紅外非制冷光學(xué)系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于紅外光學(xué)材料的折射率溫度系數(shù)較大，工作溫度的變化必然會(huì)導(dǎo)致成像系統(tǒng)焦面漂移，進(jìn)而導(dǎo)致成像質(zhì)量下降。紅外光學(xué)系統(tǒng)在寬溫度范圍內(nèi)工作時(shí)同時(shí)要求不發(fā)生像面漂移，必須采用消熱差技術(shù)使紅外光學(xué)系統(tǒng)在一個(gè)較大的溫度范圍內(nèi)均具有良好的成像質(zhì)量。
[0003]光學(xué)消熱差具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。光學(xué)消熱差一般采用兩種方式，一是利用光學(xué)材料熱特性之問的差異，通過合理的材料、光焦度配比，實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)像面位置隨溫度的變化量與儀器殼體隨溫度的變化量一致，該方案存在材料種類多，鏡片數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。二是在光學(xué)系統(tǒng)中引入衍射光學(xué)元件，利用衍射光學(xué)元件具有負(fù)消熱散的特性實(shí)現(xiàn)消熱差。該方案具有材料種類少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但是需要采用衍射面結(jié)構(gòu)，衍射面的衍射效率導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)透過率下降明顯。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型為了解決了上述光學(xué)消熱差系統(tǒng)中存在的問題，提供了一種新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，該光學(xué)系統(tǒng)采用三片式結(jié)構(gòu)，利用硫系玻璃較低的折射率溫度系數(shù)的特性，在保證寬溫度范圍內(nèi)良好的消熱差特性之外實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的高通光量。
[0005]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下面所描述:
[0006]一種新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，沿光軸從物方至像方依次設(shè)置有第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡三個(gè)透鏡，其中，所述第一透鏡為凸面朝向物側(cè)的具有正屈光力的彎月形透鏡，第二透鏡為具有負(fù)屈光力的透鏡，第三透鏡為凸面朝向像側(cè)的具有正屈光力的透鏡；所述新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭滿足下列公式:
[0007](η-1) / (FN0*Rl*f23) <4
[0008]其中，f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距；n為第一透鏡材料的中心波長(zhǎng)折射率；FN0為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)；R1為第一透鏡的凸面近似曲率半徑；f I為第一透鏡的焦距；f23為f第二透鏡和第三透鏡的組合焦距。
[0009]進(jìn)一步的，所述第二透鏡和第三透鏡的組合焦距和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
[0010]0<f23/f<3
[0011]其中，f23為第二透鏡和第三透鏡的組合焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0012]進(jìn)一步的，所述第一透鏡的焦距和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:[0013]0<fl/f<2
[0014]其中，fl為第一透鏡的焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0015]進(jìn)一步的，所述第二透鏡的焦距和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
[0016]-2<f2/f<0
[0017]其中，f2為第二透鏡的焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0018]進(jìn)一步的，所述第三透鏡的焦距和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
[0019]0<f3/f<l
[0020]其中，f3為第三透鏡的焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0021]進(jìn)一步的，所述第一透鏡和第三透鏡采用同種硫系玻璃材料，所述第二透鏡采用
硒化鋅。
[0022]所述鏡頭的三個(gè)透鏡的鏡面均不含有衍射面結(jié)構(gòu)。
[0023]所述第一透鏡和第三透鏡采用的硫系玻璃材料具有較低的折射率隨溫度變化系數(shù) dn/dT。
[0024]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)和有益效果:
[0025]本實(shí)用新型通過采用三片透鏡的方案，在不使用衍射面結(jié)構(gòu)的條件下實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)高通光量，寬溫度范圍內(nèi)的消熱差功能。較現(xiàn)有的光學(xué)消熱差方案具有以下優(yōu)勢(shì):與多種光學(xué)材料配比實(shí)現(xiàn)光學(xué)消熱差方案相比，本實(shí)用新型具有材料數(shù)量少，鏡頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)可以做到0.8以下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高通光量；與光學(xué)系統(tǒng)中引入衍射光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)光學(xué)消熱差方案相比，本實(shí)用新型由于無需采用衍射面結(jié)構(gòu)具有系統(tǒng)透過率高的優(yōu)點(diǎn)；本實(shí)用新型其中一種材料采用硫系玻璃，在材料成本上硫系玻璃具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且硫系玻璃在大批量生產(chǎn)時(shí)可以進(jìn)行精密模壓，可以大大降低加工成本，具有廣闊的市場(chǎng)前景。實(shí)踐證明，該種技術(shù)方案具有較好的應(yīng)用效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]通過下面結(jié)合附圖對(duì)其例示性實(shí)施例進(jìn)行的描述，本實(shí)用新型上述特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚和容易理解。
[0027]圖1是本實(shí)用新型所述的新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭的具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是具體實(shí)施例的色差曲線圖(mm)；
[0029]圖3是具體實(shí)施例的像散曲線圖(mm)；
[0030]圖4是具體實(shí)施例的畸變曲線圖(％)；
[0031 ] 圖5是具體實(shí)施例的MTF曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]圖1是本實(shí)用新型所述的新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]如圖1所示的新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，沿光軸Zl從物方到像方依次設(shè)置有:位于第一透鏡物側(cè)面的系統(tǒng)光闌St、具有正屈光力的第一透鏡L1、具有負(fù)屈光力的第二透鏡L2、具有正屈光力的第三透鏡L3、濾光片W以及成像面100。
[0034]從物方到像方，所述第一透鏡LI的兩面為物側(cè)面R1、像側(cè)面R2 ;所述第二透鏡L2的兩面為物側(cè)面R3、像側(cè)面R4 ;所述第三透鏡L3的兩面為物側(cè)面R5、像側(cè)面R6 ;所述濾光片W的兩面為物側(cè)面R7、像側(cè)面R8。所述第一透鏡LI的光軸厚度為D1，第一透鏡LI和第二透鏡L2的光軸距離為D2，所述第二透鏡L2的光軸厚度為D3，第二透鏡L2和第三透鏡L3的光軸距離為D4，所述第三透鏡L3的光軸厚度為D5，第三透鏡L3和濾光片W的光軸距離為D6，所述濾光片W的光軸距厚度為D7，所述濾光片W和成像面100的距離為D8。
[0035]入射光通過第一透鏡LI，進(jìn)入第二透鏡L2跟第三透鏡L3，最后會(huì)聚進(jìn)入到成像面100之中。
[0036]其中，該紅外光學(xué)系統(tǒng)中第一透鏡LI為凸面朝向物側(cè)的正彎月透鏡；第二透鏡L2為凸面朝向物側(cè)的負(fù)彎月透鏡；第三透鏡L3為凸面朝向像側(cè)的正彎月透鏡。第一透鏡LI的凹面R2為非球面，第二透鏡L2的凹面R4為非球面，其余均為球面或非球面。
[0037]第一透鏡LI，第三透鏡L3的透鏡材料為硫系玻璃，第二透鏡L2的透鏡材料為硒化鋅。硫系玻璃在8?12 μ m具有良好的透過率，透明區(qū)域覆蓋三個(gè)大氣窗口，并且具有折射率隨溫度變化系數(shù)dn/dT較小的特點(diǎn)。
[0038]在本光學(xué)系統(tǒng)中采用硫系玻璃和硒化鋅兩種材料，利用硫系玻璃具有較低折射率隨溫度變化系數(shù)的特點(diǎn)，加上合理的光焦度分配實(shí)現(xiàn)鏡頭高通過量，在寬溫度范圍內(nèi)良好的消熱差功能。在加工方式上硫系玻璃除了具有可拋光，可車削，最大特性是還可以進(jìn)行高精度模壓，在批量生產(chǎn)時(shí)具有極大地成本優(yōu)勢(shì)。
[0039]本光學(xué)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，為達(dá)到384*28825微米探測(cè)器的高分率像質(zhì)要求，鏡頭光闌放置在第一透鏡LI的第一面上。所述第一透鏡LI的凹面近似曲率半徑與光學(xué)系統(tǒng)焦需要滿足下列公式:
[0040](η-1)/(FN0*Rl*f23)<4
[0041]其中，f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距；n為第一透鏡材料的中心波長(zhǎng)折射率；FN0為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)；R1為第一透鏡的凸面近似曲率半徑；fl為第一透鏡的焦距；f23為f第二透鏡和第三透鏡的組合焦距。
[0042]所述鏡頭還滿足下列公式:
[0043]0<f23/f<3
[0044]其中，f23為第二透鏡和第三透鏡的組合焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0045]所述第一透鏡LI，第二透鏡L2和第三透鏡L3的焦距分別為fl、f2、f3，光學(xué)系統(tǒng)的焦距為f，第二透鏡和第三透鏡的組合焦距為f23，為了達(dá)到優(yōu)良的光學(xué)特性，第一透鏡LI，第二透鏡L2和第三透鏡L3的光焦度分配需要滿足以下關(guān)系:0〈fl/f〈2，_2〈f2/f〈0，0<f3/f<lo
[0046]在本實(shí)施例中，該光學(xué)系統(tǒng)的焦距f=19mm，光圈數(shù)FNO=0.9，最大視場(chǎng)角2ω=34.6°。第一透鏡LI的凸面近似曲率半徑Rl=16.42，凹面近似曲率半徑Rl=31.7，第一透鏡LI的焦距fl=16.36mm，第二透鏡L2的焦距為f2=_12mm，第三透鏡L3的焦距為f3=12.25mm，第二透鏡和第三透鏡的組合焦距為f23=23.67mm。
[0047]fl*f* (η-1) / (FN0*Rl*f23) =1.33 ；
[0048]f23/f=l.25 ；
[0049]fl/f=0.86 ；
[0050]f2/f=-0.63 ；[0051]f3/f=0.64 ；
[0052]圖2至圖5為相應(yīng)實(shí)施例的光學(xué)特性曲線圖，其中圖2為色差曲線圖由8μπκ10 μ m、12 μ m的三個(gè)波長(zhǎng)來表示，單位為mm。圖3為像散曲線圖，同樣由8 μ m、10 μ m、12 μ m的三個(gè)波長(zhǎng)來表示，單位為_。圖4為畸變曲線圖，標(biāo)示不同視場(chǎng)角下的畸變大小值，單位為％。圖5為MTF曲線圖，代表光學(xué)系統(tǒng)的綜合解像水平，最新的384*28825 μ m探測(cè)器要求達(dá)到20線對(duì)分辨率。由圖可知，該長(zhǎng)波紅外光學(xué)系統(tǒng)已將各種像差補(bǔ)正，足以滿足實(shí)用要求。
[0053]本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)請(qǐng)參見表一、表二。
[0054]表一、光學(xué)元件參數(shù)表
[0055]
【權(quán)利要求】
1.一種新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，其特征在于:沿光軸從物方至像方依次設(shè)置有第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡三個(gè)透鏡，其中，所述第一透鏡為凸面朝向物側(cè)的具有正屈光力的彎月形透鏡，第二透鏡為具有負(fù)屈光力的透鏡，第三透鏡為凸面朝向像側(cè)的具有正屈光力的透鏡；所述新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭滿足下列公式:
(η-1)/(FN0*Rl*f23) <4 其中，f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距；n為第一透鏡材料的中心波長(zhǎng)折射率；FNO為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)；R1為第一透鏡的凸面近似曲率半徑；fl為第一透鏡的焦距；f23為f第二透鏡和第三透鏡的組合焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，其特征在于:所述第二透鏡和第三透鏡的組合焦距和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
0<f23/f<3 其中，f23為第二透鏡和第三透鏡的組合焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，其特征在于:所述第一透鏡的焦距和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
0<fl/f<2 其中，fl為第一透鏡的焦距為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，其特征在于:所述第二透鏡的焦距和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
-2<f2/f<0 其中，f2為第二透鏡的焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，其特征在于:所述第三透鏡的焦距和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
0<f3/f<l 其中，f3為第三透鏡的焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，其特征在于:所述第一透鏡和第三透鏡采用同種硫系玻璃材料，所述第二透鏡采用硒化鋅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的三個(gè)透鏡的鏡面均不含有衍射面結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型高通光量長(zhǎng)波紅外消熱差鏡頭，其特征在于:所述第一透鏡和第三透鏡采用的硫系玻璃材料具有較低的折射率隨溫度變化系數(shù)dn/dT。
【文檔編號(hào)】G02B13/14GK203759344SQ201420045242
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】任和齊, 朱光春 申請(qǐng)人:寧波舜宇紅外技術(shù)有限公司