本發(fā)明涉及一種大口徑消熱差長波紅外鏡頭，尤其是一種在寬溫度范圍內(nèi)具有光學(xué)被動消熱差性能可廣泛適用于車載夜視和安防監(jiān)控領(lǐng)域的長波紅外鏡頭。
背景技術(shù)：
：長波非制冷型熱像儀由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、功耗小、成本低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于車載、安防等領(lǐng)域。但是由于非制冷型熱像儀的熱敏感度低，要求紅外鏡頭具有口徑大，透過率高的特點。然而紅外晶體材料的吸收率和反射率都高于普通玻璃材料，因此隨著透鏡數(shù)的增加，長波紅外系統(tǒng)的透過率會大幅度降低，影響成像質(zhì)量。在現(xiàn)有公開技術(shù)中，一般長波紅外鏡頭采用3片到5片透鏡方案，如文獻1(cn103852863a)和文獻2(cn103809271b)所公開的紅外光學(xué)鏡頭中，由于分別采用3片和5片紅外晶體材料所構(gòu)成，因而不利于獲得明亮的圖像。另一方面，長波紅外鏡頭由于用途特殊，需要經(jīng)受非常大的環(huán)境溫度變化。當環(huán)境溫度從-40℃到+60℃變化中，由于光學(xué)、機械材料的熱脹冷縮以及光學(xué)材料的溫度折射系數(shù)變化使透鏡屈光力發(fā)生變化，產(chǎn)生離焦，使成像質(zhì)量劣化。例如文獻3(cn104459949a)中雖然采用2片透鏡設(shè)計了大口徑長波紅外鏡頭，但是由于沒有考慮到溫度變化所造成的像質(zhì)劣化，因此不適用于寬溫度范圍的環(huán)境使用。因此需要一種長波紅外鏡頭，在設(shè)計時采用消熱差技術(shù)使其在寬溫度范圍內(nèi)工作時不發(fā)生像面漂移，保證良好的成像質(zhì)量。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明中，為了解決上述長波紅外鏡頭中存在的問題點，其目的在于提供一種大口徑長波紅外鏡頭，既滿足透鏡數(shù)少，透過率高，又能在寬溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)被動消熱差特性滿足成像質(zhì)量要求。為了解決上述課題且達到目的，本發(fā)明的大口徑消熱差長波紅外鏡頭，從物體側(cè)起順次配置如下光學(xué)元件：第一透鏡組、第二透鏡組，所述第一透鏡組為凸面朝向物方側(cè)的具有負屈光力的彎月形透鏡，所述第二透鏡組為凸面朝向像方側(cè)的具有正屈光力的彎月形透鏡，所述鏡頭滿足下述條件式1×10-5<dn1/dt-dn2/dt<1×10-4(1)其中，dn1/dt為所述第一透鏡材料的折射率溫度系數(shù)，dn2/dt為所述第二透鏡材料的折射率溫度系數(shù)。條件式(1)是用于使整個鏡頭在溫度變化時，第一透鏡和第二透鏡的屈光力在一定范圍內(nèi)變化。當小于條件(1)的下限時，第一透鏡和第二透鏡屈光力的變化差值過小，不利于校正由機械間隔變化而引起的像面偏移。當大于條件式(1)的上限時，則會造成第一透鏡和第二透鏡的屈光力變化過大，產(chǎn)生球差和慧差造成整個系統(tǒng)的成像性能低下。優(yōu)選地，所述第一透鏡組滿足下述條件式-50<α1-dn1/dt/(n1-1)<5(2)其中，α1為所述第一透鏡材料的熱膨脹系數(shù)，n1為所述第一透鏡材料的折射率。條件式(2)是用于使第一透鏡組在溫度變化時，像面在一定范圍內(nèi)移動。當小于條件式(2)的下限時，像面位置的前移量太大，造成整個系統(tǒng)的成像性能低下。當大于條件式(2)的上限時，像面位置后移無法補償機械結(jié)構(gòu)所引起的像面移動，造成整個系統(tǒng)的成像性能低下。優(yōu)選地，本發(fā)明的大口徑消熱差長波紅外鏡頭滿足第一透鏡組和第二透鏡組采用硫系玻璃材料。硫系玻璃的折射率溫度系數(shù)遠遠小于鍺等紅外材料，因此利用硫系玻璃能夠有效抑制由溫差變化所引起的像面移動。優(yōu)選地，所述第一透鏡組的焦距和光學(xué)系統(tǒng)的焦距滿足下述條件式-4<f1/f<-1(3)其中，f1為所述第一透鏡組的焦距，f為整個光學(xué)系統(tǒng)的焦距。條件式(3)是用于使整個鏡頭的尺寸小型化的條件。當小于條件式(3)的下限時，由于第一透鏡組的屈光力過小，造成整個系統(tǒng)尺寸過大。當大于條件式(3)的上限時，由于第一透鏡組的屈光力過大，產(chǎn)生的球差難以校正，造成整個系統(tǒng)的成像性能低下。優(yōu)選地，所述第一透鏡組靠近像側(cè)面和所述第二透鏡組靠近物側(cè)面含有衍射面結(jié)構(gòu)。衍射面結(jié)構(gòu)不僅能夠校正色差和二級光譜，也能夠減輕溫度所引起的焦點變化，因為在透鏡面上設(shè)置衍射面結(jié)構(gòu)能夠更好地獲得畫質(zhì)良好的長波紅外圖像。根據(jù)本發(fā)明所起到的效果是：提供一種大口徑消熱差長波紅外鏡頭，在寬溫度范圍內(nèi)能夠無需調(diào)焦?jié)M足高質(zhì)量成像，具有鏡片數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，透過率高的優(yōu)點。另一方面，硫系玻璃在大批量生產(chǎn)中可以采用精密模壓，非球面和衍射面結(jié)構(gòu)的加工難度大為降低，可以減輕鏡頭加工成本，具有廣泛的應(yīng)用前景。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例1的沿光軸的剖面圖。圖2是本發(fā)明實施例1的諸像差圖。圖3是本發(fā)明實施例1在20℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖4是本發(fā)明實施例1在-40℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖5是本發(fā)明實施例1在60℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖6是本發(fā)明實施例2的沿光軸的剖面圖。圖7是本發(fā)明實施例2的諸像差圖。圖8是本發(fā)明實施例2在20℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖9是本發(fā)明實施例2在-40℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖10是本發(fā)明實施例2在60℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖11是本發(fā)明實施例3的沿光軸的剖面圖。圖12是本發(fā)明實施例3的諸像差圖。圖13是本發(fā)明實施例3在20℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖14是本發(fā)明實施例3在-40℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖15是本發(fā)明實施例3在60℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖16是本發(fā)明實施例4的沿光軸的剖面圖。圖17是本發(fā)明實施例4的諸像差圖。圖18是本發(fā)明實施例4在20℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖19是本發(fā)明實施例4在-40℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖20是本發(fā)明實施例4在60℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。符號說明：g11g21g31g41第一透鏡組；g12g22g32g42第二透鏡組；img成像面；st孔徑光闌。具體實施方式以下，基于附圖詳細說明本發(fā)明的大口徑消熱差長波紅外鏡頭的實施例。在透鏡數(shù)據(jù)中，折射率及焦距為在波長10μm下的值。其中，光學(xué)鏡頭相關(guān)數(shù)值中，長度的單位為mm時，將省略示出其單位。實施例1圖1所示為本發(fā)明實施例1沿光軸的剖面圖。該鏡頭從物體側(cè)順次配置有具有負屈光力的第一透鏡g11、位于第一透鏡像側(cè)的孔徑光闌st，具有正屈光力的第二透鏡g12，以及成像面img。表1列出了本發(fā)明實施例1的具體透鏡數(shù)據(jù)。表1所示的透鏡數(shù)據(jù)如下：在各透鏡的每個面編號(si)均列出各透鏡的類型、曲率半徑(ri)、面間隔(di)，折射率，有效半徑。另外，若透鏡面為非球面時，在面型一欄內(nèi)填入“asp”,若透鏡面為衍射結(jié)構(gòu)面時，在面型一欄內(nèi)填入“doe”。此外，這些事項在表4，表7，表10中也同樣。以下，示出關(guān)于實施例1的長波紅外鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。表1光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)面編號類型曲率半徑間隔材料折射率有效半徑1asp42.8502.82.496515.7842asp，doe17.4193.2854.3213stinf6.554.9654asp，doe-60.288062.6088711.7115asp-14.257510.8466inf11.3657.9327img4.5對于表1中所示的非球面，表2示出具體非球面數(shù)據(jù)。非球面形狀的表達式用下面的方程式表示，其中，垂直于光軸的高度為h，以透鏡面頂部為原點時高度h在光軸方向的矢位量為x(h)，面頂部曲率半徑為r，圓錐系數(shù)為k，a,b,c,d,e為高次非球面系數(shù)。此外，這些事項在表5，表8，表11中也同樣。表2非球面數(shù)據(jù)面編號kbcde1+0.0+5.8075e-04-1.3271e-06-3.2958e-08+8.5009e-102+11.437+7.3476e-04+1.3398e-05-3.7443e-07+6.0696e-094+0.0-4.9123e-05-1.6440e-09+8.7797e-10-2.3638e-125-1.370-4.3098e-05-9.7202e-08-5.6039e-11-4.2441e-13對于表1中所示的衍射面，表3示出具體衍射面數(shù)據(jù)。衍射面結(jié)構(gòu)是，根據(jù)光程差函數(shù)φ(h)的分布，每當光程差為設(shè)計波長λ的2π整數(shù)倍時，在基板面形成剖面為鋸齒狀的環(huán)形光闌面。因此，將衍射面的形狀通過下述光程差函數(shù)φ(h)和相對于附加衍射光學(xué)元見面的基準面的切削量(dz)的方程式來定義。其中，c1～c5為衍射面系數(shù)，n為基板的折射率。對于表1所示的衍射結(jié)構(gòu)面，表3列出其衍射系數(shù)。此外，這些事項在表6，表9、表12頁同樣。表3衍射面數(shù)據(jù)面編號c1c2c3c4c52+0.0007+6.76589e-05-1.26945e-05+9.47837e-07-2.24955e-084-0.0009+1.20955e-06-1.19007e-08+1.50644e-10-5.29248e-13實施例2圖6所示為本發(fā)明實施例2沿光軸的剖面圖。該鏡頭從物體側(cè)順次配置有具有負屈光力的第一透鏡g21、位于第一透鏡像側(cè)的孔徑光闌st，具有正屈光力的第二透鏡g22，以及成像面img。表4列出了本發(fā)明實施例2的具體透鏡數(shù)據(jù)，表5列出非球面系數(shù)，表6列出衍射面系數(shù)。。以下，示出關(guān)于實施例2的長波紅外鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。表4光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)面編號類型曲率半徑間隔材料折射率有效半徑1asp9.6042.802.7787.4912asp，doe6.9744.7476.3233stinf2.2396.2564asp，doe906.11949.2582.60908.0345asp-19.786510.1406inf10.9577.7477img4.5表5非球面數(shù)據(jù)面編號kbcde1+1.0000-1.08930e-04-1.64362e-06-3.51570e-08-1.44863e-112-0.5583+3.58933e-04-3.64403e-06-1.47535e-07+1.82643e-094+1.0000-5.22981e-05-2.19173e-07+6.97727e-10-8.83749e-125-0.5817-4.24073e-05-5.48258e-08-2.36760e-10-8.53447e-13表6衍射面數(shù)據(jù)面編號c1c2c3c4c52+0.0004-1.12662e-05+1.22851e-06-3.68934e-08+3.80916e-104-0.0009+7.47619e-07-1.25142e-07+2.34275e-09-1.47419e-11實施例3圖11所示為本發(fā)明實施例3沿光軸的剖面圖。該鏡頭從物體側(cè)順次配置有具有負屈光力的第一透鏡g31、位于第一透鏡像側(cè)的孔徑光闌st，具有正屈光力的第二透鏡g32，以及成像面img。表7列出了本發(fā)明實施例3的具體透鏡數(shù)據(jù)，表8列出非球面系數(shù)，表9列出衍射面系數(shù)。。以下，示出關(guān)于實施例3的長波紅外鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。表7光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)面編號類型曲率半徑間隔材料折射率有效半徑1asp9.8742.802.78677.2782asp，doe7.2464.6566.2943stinf2.3446.2084asp，doe-338.38999.1792.7787.5745asp-20.694510.0526inf11.0217.5387img4.5表8非球面數(shù)據(jù)面編號kbcde1+1.0000-9.51287e-05-1.42803e-06-3.40230e-08+9.16346e-132-0.6279+3.66325e-04-3.26837e-06-1.38851e-07+1.61113e-094+1.0000-5.19241e-05-2.20892e-07+6.99638e-10-8.13926e-125-0.6427-4.21188e-05-4.65496e-08-2.36610e-10-5.26118e-13表9衍射面數(shù)據(jù)面編號c1c2c3c4c52+0.0004-1.26783e-05+1.29773e-06-3.87636e-08+4.01265e-104-0.0010+1.11002e-06-1.55068e-07+2.86278e-09-1.81231e-11實施例4圖16所示為本發(fā)明實施例4沿光軸的剖面圖。該鏡頭從物體側(cè)順次配置有具有負屈光力的第一透鏡g41、位于第一透鏡像側(cè)的孔徑光闌st，具有正屈光力的第二透鏡g42，以及成像面img。表10列出了本發(fā)明實施例4的具體透鏡數(shù)據(jù)，表11列出非球面系數(shù)，表12列出衍射面系數(shù)。接著，表13示出了實施例1～4中整個系統(tǒng)的焦距f，上述條件式(1)～(3)的值表10光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)面編號類型曲率半徑間隔材料折射率有效半徑1asp9.6792.802.6037.2782asp，doe6.9414.6256.2943stinf2.7916.2084asp，doe-351.78499.1692.77807.5745asp-19.859510.0526inf10.6157.5387img4.5表11非球面數(shù)據(jù)面編號kbcde1+1.0000-1.07213e-04-1.60854e-06-3.55677e-08-2.88459e-122-0.5403+3.82537e-04-3.08296e-06-1.41118e-07+1.67223e-094+1.0000-6.12634e-05-2.55777e-07+2.18099e-10+4.86225e-125-0.5297-4.34703e-05-4.96126e-08-2.59862e-10+7.68089e-14表12衍射面數(shù)據(jù)面編號c1c2c3c4c52+0.0004-9.98934e-06+1.38309e-06-4.69471e-08+5.72929e-104-0.0010+2.63072e-06-1.97163e-07+3.26230e-09-1.82534e-11表13條件式數(shù)據(jù)實施例1實施例2實施例3實施例4焦距f10.015.3215.2614.21條件式(1)4.74e-051.23e-057.06e-052.70e-05條件式(2)-31.402.67-44.48-22.99條件式(3)-2.04-3.05-3.05-2.82需要注意的是，上述表格中的具體參數(shù)僅僅是例示性的，各透鏡的參數(shù)不限于由上述各數(shù)值實施例所示出的值，可以采用其他的值，都可以達到類似的技術(shù)效果。雖然上面描述了本發(fā)明的原理以及具體實施方式，但是，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實施例的基礎(chǔ)上進行各種改進和變形，而這些改進或者變形落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。當前第1頁12