本實(shí)用新型屬于光學(xué)元件設(shè)計(jì)領(lǐng)域,涉及一種小型長(zhǎng)波無(wú)熱化鏡頭。
背景技術(shù):
現(xiàn)有公開(kāi)技術(shù)中,長(zhǎng)波紅外非制冷光學(xué)系統(tǒng)工作溫度范圍一般為-40℃~60℃,且系統(tǒng)較長(zhǎng)。在一些特殊的場(chǎng)合中,紅外光學(xué)系統(tǒng)的工作溫度變化范圍很大(-40℃~85℃),且要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,分辨率較高,以滿(mǎn)足新型的384*288,17微米非制冷探測(cè)器的應(yīng)用要求。所以,為適應(yīng)新的需求,就需要設(shè)計(jì)一種小型長(zhǎng)波無(wú)熱化鏡頭。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種小型長(zhǎng)波無(wú)熱化鏡頭,利用鏡片本身的熱差值與結(jié)構(gòu)件的熱脹冷縮原理實(shí)現(xiàn)-40℃~85℃寬溫度范圍內(nèi)之間的測(cè)量,并且能夠滿(mǎn)足384*288(17微米)的高分辨率要求,成像質(zhì)量較好。
(二)技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型提供一種小型長(zhǎng)波無(wú)熱化鏡頭,其包括:沿光入射方向依次同軸設(shè)置的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3,第三透鏡3前方為窗口4和探測(cè)器像面5;第一透鏡1具有正光焦度,其入光面為非球面,出光面為球面,光闌位于入光面上,以減小系統(tǒng)的體積;第二透鏡2具有負(fù)光焦度,其入光面和出光面均為非球面;第三透鏡3具有正光焦度,其入光面為球面,出光面為非球面。
其中,還包括鏡筒與透鏡隔圈,第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3分別通過(guò)透鏡隔圈安裝在鏡筒內(nèi)。
其中,所述第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3采用硫系玻璃制成。
其中,所述鏡筒與透鏡隔圈均由鋁合金制作。
其中,所述窗口4兩側(cè)表面為平面,由硅制成。
其中,所述第一透鏡1中,入光面的曲率半徑為9.13mm,出光面的半徑為14.1mm,焦距為10.60mm。
其中,所述第二透鏡2中,入光面的曲率半徑為11.16mm,出光面的半徑為6.11mm,焦距為-11.13mm。
其中,所述第三透鏡3中,入光面的曲率半徑為24.34mm,出光面的半徑為-80.28mm,焦距為10.65mm。
其中,第一透鏡1厚度為2.91mm,第二透鏡2厚度為2mm,第三透鏡3厚度為2.23mm,窗口4厚度為0.725mm。
其中,第一透鏡1與第二透鏡2之間的間距是0.64mm,第二透鏡2與第三透鏡3之間的間距是5.10mm,第三透鏡3與窗口4之間的間距是2.31mm,窗口4與探測(cè)器像面5之間的距離為1.1mm。
(三)有益效果
上述技術(shù)方案所提供的小型長(zhǎng)波無(wú)熱化鏡頭,鏡頭總長(zhǎng)僅有17mm,重量輕,體積小,結(jié)構(gòu)非常緊湊,配合透鏡的熱脹冷縮,實(shí)現(xiàn)了-40℃~85℃的寬溫度段范圍內(nèi)無(wú)熱化設(shè)計(jì),并且滿(mǎn)足了384*288(17微米)的高分辨率要求,成像質(zhì)量好。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例小型長(zhǎng)波無(wú)熱化鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中,1-第一透鏡、2-第二透鏡、3-第三透鏡、4-窗口、5-探測(cè)器像面。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面結(jié)合附圖和實(shí)施例,對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D1所示,本實(shí)施例小型長(zhǎng)波無(wú)熱化鏡頭包括:沿光入射方向依次同軸設(shè)置的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、窗口4以及探測(cè)器像面5。第一透鏡1具有正光焦度,其入光面為非球面,出光面為球面,光闌位于入光面上,以減小系統(tǒng)的體積;第二透鏡2具有負(fù)光焦度,其入光面和出光面均為非球面;第三透鏡3具有正光焦度,其入光面為球面,出光面為非球面。
本實(shí)施例鏡頭還包括鏡筒與透鏡隔圈,第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3分別通過(guò)透鏡隔圈安裝在鏡筒內(nèi)。
第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3全部采用低折射率溫度系數(shù)的硫系玻璃制成。窗口4兩側(cè)為平面,由硅制成。
鏡筒與透鏡隔圈均由鋁合金制作。
第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、鏡筒與透鏡隔圈的熱膨脹系數(shù)以及透鏡間隔、曲率半徑必須滿(mǎn)足公式才能達(dá)到消熱差的目的,其中,
n為光學(xué)元件的總面數(shù);
為光學(xué)元件的光焦度;
hi為近軸光線(xiàn)在光學(xué)元件的入射高度;
xi為光學(xué)元件的光熱膨脹系數(shù);
αk為光學(xué)系統(tǒng)為外部結(jié)構(gòu)件的線(xiàn)膨脹系數(shù);
L為鏡筒的長(zhǎng)度。
本實(shí)施例中,第一透鏡1中,入光面的曲率半徑為9.13mm,出光面的半徑為14.1mm,焦距為10.60mm。
第二透鏡2中,入光面的曲率半徑為11.16mm,出光面的半徑為6.11mm,焦距為-11.13mm。
第三透鏡3中,入光面的曲率半徑為24.34mm,出光面的半徑為-80.28mm,焦距為10.65mm。
第一透鏡1厚度為2.91mm,第二透鏡2厚度為2mm,第三透鏡3厚度為2.23mm,窗口4厚度為0.725mm。
第一透鏡1與第二透鏡2之間的間距是0.64mm,第二透鏡2與第三透鏡3之間的間距是5.10mm,第三透鏡3與窗口4之間的間距是2.31mm,窗口4與探測(cè)器像面5之間的距離為1.1mm。
基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)置的小型長(zhǎng)波無(wú)熱化鏡頭,鏡頭焦距為13mm;F#為1;視場(chǎng)角為35.4°;工作波段為8-14微米;工作溫度:-40℃~85℃;光學(xué)系統(tǒng)總長(zhǎng)僅僅17mm。
整個(gè)系統(tǒng)采用正負(fù)正的三片式結(jié)構(gòu),第一透鏡1焦距為10.60mm,第二透鏡2焦距為-11.13mm,起到將光路壓窄的作用,并校正基本像差和色差;第三透鏡3矯正了前兩片透鏡產(chǎn)生的像散和畸變,消除熱差。
整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)采用三片式硫系玻璃的結(jié)構(gòu),在不使用衍射面的情況下,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)寬波段、高溫度范圍內(nèi)的消熱差功能,整個(gè)系統(tǒng)地透過(guò)率較高。較現(xiàn)有的光學(xué)消熱差方案有以下優(yōu)勢(shì):與多種光學(xué)材料配比實(shí)現(xiàn)光學(xué)消熱差的方案相比,本方案使用僅僅使用了兩種硫系玻璃,結(jié)構(gòu)件僅使用鋁合金一種材料,鏡頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且光闌放在第一面上,有效減小了系統(tǒng)地口徑。另外,系統(tǒng)總長(zhǎng)度(第一面到FPA距離)壓縮到了17mm,這在目前市場(chǎng)有特殊工作背景下有明顯的優(yōu)勢(shì)。本方案采用硫系玻璃有明顯的優(yōu)勢(shì),硫系玻璃在大批量生產(chǎn)時(shí)可進(jìn)行精密的模壓,可以大大減少加工成本,具有廣闊的市場(chǎng)前景。實(shí)踐證明,該技術(shù)方案具有較好的應(yīng)用效果。
對(duì)本實(shí)施例設(shè)計(jì)的長(zhǎng)波無(wú)熱化鏡頭進(jìn)行常溫狀態(tài)下的相差分析、-40℃狀態(tài)下的相差分析、85℃狀態(tài)下的相差分析后,從以上像質(zhì)分析來(lái)說(shuō),本款無(wú)熱化鏡頭在-40℃~85℃的寬溫度段范圍內(nèi),縱向像差矯正到了0.1mm以?xún)?nèi),畸變矯正到2%以?xún)?nèi),像散矯正到了0.1mm以?xún)?nèi),均能夠較好的滿(mǎn)足成像,且整個(gè)的光學(xué)傳遞函數(shù)在30lp/mm處保持在35%以上,使像面穩(wěn)定性保持在一個(gè)相對(duì)較高的水平。
從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),本鏡頭從透鏡第一面到像面的總體長(zhǎng)度僅僅有17mm,且結(jié)構(gòu)部件完全采用鋁合金,配合透鏡的熱脹冷縮,實(shí)現(xiàn)了-40℃~85℃的寬溫度段范圍內(nèi)無(wú)熱化設(shè)計(jì)。
由以上技術(shù)方案可以看出,本實(shí)用新型具有以下顯著特點(diǎn):
1、本實(shí)用新型通過(guò)采用三片透鏡實(shí)現(xiàn)在-40℃~85℃的寬溫度段范圍內(nèi)無(wú)熱化設(shè)計(jì),總體長(zhǎng)度僅僅17mm,是的結(jié)構(gòu)更為緊湊,系統(tǒng)裝配更為簡(jiǎn)單;
2、本實(shí)用新型全為硫系玻璃,使用球面或者非球面,可以利用硫系玻璃的精密模壓特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),大幅度降低加工成本;
3、本實(shí)用新型未采用衍射結(jié)構(gòu),較于衍射結(jié)構(gòu)具有透過(guò)率高的特點(diǎn);
4、本實(shí)用新型專(zhuān)利實(shí)現(xiàn)了384*288,17微米的高分辨率成像要求。
以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和變形,這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。