本實用新型屬于光學(xué)元件設(shè)計領(lǐng)域，涉及一種小型長波無熱化鏡頭。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有公開技術(shù)中，長波紅外非制冷光學(xué)系統(tǒng)工作溫度范圍一般為-40℃～60℃，且系統(tǒng)較長。在一些特殊的場合中，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，以滿足新型的384*288，17微米非制冷探測器的應(yīng)用要求。所以，為適應(yīng)新的需求，就需要設(shè)計一種小型長波無熱化鏡頭。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
(一)要解決的技術(shù)問題
本實用新型要解決的技術(shù)問題是：提供一種小型長波無熱化鏡頭，利用鏡片本身的熱差值與結(jié)構(gòu)件的熱脹冷縮原理實現(xiàn)-40℃～85℃寬溫度范圍內(nèi)之間的測量，并且能夠滿足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)問題，本實用新型提供一種小型長波無熱化鏡頭，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波無熱化鏡頭，鏡頭總長僅有17mm，重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)非常緊湊，配合透鏡的熱脹冷縮，實現(xiàn)了-40℃～85℃的寬溫度段范圍內(nèi)無熱化設(shè)計，并且滿足了384*288(17微米)的高分辨率要求，成像質(zhì)量好。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例小型長波無熱化鏡頭的結(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-探測器像面。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。
參照圖1所示，本實施例小型長波無熱化鏡頭包括：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、曲率半徑必須滿足公式才能達到消熱差的目的，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)件的線膨脹系數(shù)；
L為鏡筒的長度。
本實施例中，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)置的小型長波無熱化鏡頭，鏡頭焦距為13mm；F#為1；視場角為35.4°；工作波段為8-14微米；工作溫度：-40℃～85℃；光學(xué)系統(tǒng)總長僅僅17mm。
整個系統(tǒng)采用正負正的三片式結(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。
整個系統(tǒng)通過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，實現(xiàn)了系統(tǒng)寬波段、高溫度范圍內(nèi)的消熱差功能，整個系統(tǒng)地透過率較高。較現(xiàn)有的光學(xué)消熱差方案有以下優(yōu)勢：與多種光學(xué)材料配比實現(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)總長度(第一面到FPA距離)壓縮到了17mm，這在目前市場有特殊工作背景下有明顯的優(yōu)勢。本方案采用硫系玻璃有明顯的優(yōu)勢，硫系玻璃在大批量生產(chǎn)時可進行精密的模壓，可以大大減少加工成本，具有廣闊的市場前景。實踐證明，該技術(shù)方案具有較好的應(yīng)用效果。
對本實施例設(shè)計的長波無熱化鏡頭進行常溫狀態(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)分析來說，本款無熱化鏡頭在-40℃～85℃的寬溫度段范圍內(nèi)，縱向像差矯正到了0.1mm以內(nèi)，畸變矯正到2％以內(nèi)，像散矯正到了0.1mm以內(nèi),均能夠較好的滿足成像，且整個的光學(xué)傳遞函數(shù)在30lp/mm處保持在35％以上，使像面穩(wěn)定性保持在一個相對較高的水平。
從結(jié)構(gòu)上來說，本鏡頭從透鏡第一面到像面的總體長度僅僅有17mm,且結(jié)構(gòu)部件完全采用鋁合金，配合透鏡的熱脹冷縮，實現(xiàn)了-40℃～85℃的寬溫度段范圍內(nèi)無熱化設(shè)計。
由以上技術(shù)方案可以看出，本實用新型具有以下顯著特點：
1、本實用新型通過采用三片透鏡實現(xiàn)在-40℃～85℃的寬溫度段范圍內(nèi)無熱化設(shè)計，總體長度僅僅17mm，是的結(jié)構(gòu)更為緊湊，系統(tǒng)裝配更為簡單；
2、本實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實現(xiàn)批量生產(chǎn)，大幅度降低加工成本；
3、本實用新型未采用衍射結(jié)構(gòu)，較于衍射結(jié)構(gòu)具有透過率高的特點；
4、本實用新型專利實現(xiàn)了384*288，17微米的高分辨率成像要求。
以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。