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      一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭的制作方法

      文檔序號:11457926閱讀:580來源:國知局
      一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭的制造方法與工藝

      本發(fā)明涉及紅外光學(xué)系統(tǒng),特別涉及一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭,可廣泛應(yīng)用于軍民夜視瞄具領(lǐng)域。



      背景技術(shù):

      近年來,紅外熱成像技術(shù)得到了飛速發(fā)展,尤其是非制冷探測技術(shù)慢慢成熟,非制冷長波紅外熱像儀被廣泛應(yīng)用在軍事、車載、測溫、電力巡線、邊界安防等領(lǐng)域,尤其在軍事領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

      與制冷紅外熱像儀相比,非制冷紅外熱像儀對溫差的響應(yīng)敏感度要低一些。為了提高非制冷紅外熱像儀對溫差的靈敏度,可以將紅外光學(xué)系統(tǒng)的相對孔徑適當(dāng)取大。

      現(xiàn)有非制冷紅外鏡頭的相對孔徑主要是1:1或1:0.9,在陰雨或霧霾天氣,此類鏡頭的成像效果不佳。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      為了解決在惡劣天氣下非制冷紅外鏡頭成像效果不佳問題,本發(fā)明提供了一種大相對孔徑緊湊型長波紅外定焦鏡頭。

      本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭,沿光軸方向從物方到像方依次設(shè)置有均為正透鏡的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和探測器,所述的第一透鏡為凸面朝向物側(cè)的正彎月形透鏡,具有聚焦光線作用,所述的第二透鏡為凸面朝向像方的正彎月形透鏡,所述的第三透鏡為凸面朝向物側(cè)的正彎月形透鏡,第二透鏡和第三透鏡的間距小于第一透鏡和第二透鏡的間距,所述的第一透鏡和第二透鏡各有一面為非球面,所述的探測器由鍺保護(hù)窗口和成像面組成,還包括孔徑光闌,所述的孔徑光闌設(shè)置在第一透鏡的凹面,其中定焦鏡頭滿足下列公式:

      fno為光學(xué)系統(tǒng)的f數(shù);f1為第一透鏡焦距;f23為第二透鏡、第三透鏡的組合焦距;n1為第一透鏡的材料折射率;r1為第一透鏡凸面的半徑,f為鏡頭的總焦距。

      所述的一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭,其第一透鏡的焦距f1與鏡頭總焦距f存在以下關(guān)系:

      所述的一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭,其第二透鏡的焦距f2與鏡頭總焦距f存在以下關(guān)系:

      。

      所述的一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭,其第三透鏡的焦距f3與鏡頭總焦距f存在以下關(guān)系:

      。

      所述的一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭,其第一透鏡和第二透鏡的凹面為非球面,且滿足如下公式:

      其中,z(y)為非球面沿光軸方向在高度為y的位置時(shí),距非球面頂點(diǎn)的距離矢高;r為鏡片的曲率半徑;a4、a6、a8、a10分別為非球面四階系數(shù)、六階系數(shù)、八階系數(shù)和十階系數(shù)。

      所述的一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭,其第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡均不含衍射面。

      所述的一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭,其特征在于,所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡均采用鍺材料。

      所述的一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭,其f數(shù)為0.7。

      所述的一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭,其第三透鏡和探測器之間設(shè)置有擋板。

      本發(fā)明的有益效果是:

      三片透鏡組合很好地平衡了球差、色差、像散、畸變等像差,成像在紅外探測器的焦平面,系統(tǒng)像質(zhì)良好,鏡頭成像清晰;本發(fā)明鏡頭具備結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕,光學(xué)透過率高,通光量大等優(yōu)點(diǎn),此外,系統(tǒng)公差不敏感,便于大批量生產(chǎn)。

      本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下特點(diǎn):

      1,鏡頭光學(xué)系統(tǒng)為三分離式+++結(jié)構(gòu)形式,不同于常見的+-+柯克型結(jié)構(gòu)形式,結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、尺寸小,便于裝調(diào);系統(tǒng)鏡片數(shù)量少,有利于提高鏡頭光學(xué)透過率。

      2,鏡頭光學(xué)系統(tǒng)具備大相對孔徑,f數(shù)為0.7,保證鏡頭的大通光量,從而提高系統(tǒng)對溫差的敏感度;此外光學(xué)系統(tǒng)中包含兩個(gè)非球面,很好地校正了系統(tǒng)的各種像差,即使在陰雨或霧霾天氣,鏡頭也能清晰成像,與常規(guī)鏡頭相比,本發(fā)明在滿足規(guī)定視場下,具備更遠(yuǎn)的目標(biāo)探測距離。

      3,鏡頭光學(xué)系統(tǒng)采用整組調(diào)焦方式,通過調(diào)焦使鏡頭在高低溫環(huán)境下清晰成像。

      4,在光學(xué)系統(tǒng)最后一面與探測器靶面之間設(shè)置擋板機(jī)構(gòu),擋板切入光路時(shí),起校正紅外圖像作用。

      附圖說明

      圖1為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖2為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)圖。

      各附圖標(biāo)記為:

      1—第一透鏡,2—第二透鏡,3—第三透鏡,4—探測器,41—鍺保護(hù)窗口,42—成像面,5—孔徑光闌。

      具體實(shí)施方式

      下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

      參照圖1、圖2所示,本發(fā)明公開了一種高通光量緊湊型長波紅外定焦鏡頭,結(jié)構(gòu)形式為三分離式結(jié)構(gòu),沿光軸方向從物方到像方依次設(shè)置有三組正透鏡,依次為第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3和探測器4,所述的第一透鏡1為凸面朝向物側(cè)的正彎月形透鏡,具有聚焦光線作用,所述的第二透鏡2為凸面朝向像方的正彎月形透鏡,所述的第三透鏡3為凸面朝向物側(cè)的正彎月形透鏡,第二透鏡2和第三透鏡3相隔很近,所述的第一透鏡1和第二透鏡2各有一面為非球面,平衡減小系統(tǒng)像差,所述的探測器4由鍺保護(hù)窗口41和成像面42組成,還包括孔徑光闌5,所述的孔徑光闌5設(shè)置在第一透鏡1的凹面,其中定焦鏡頭滿足下列公式:,

      第一透鏡1的焦距f1與鏡頭總焦距f存在以下關(guān)系:,

      第二透鏡2的焦距f2與鏡頭總焦距f存在以下關(guān)系:

      第三透鏡3的焦距f3與鏡頭總焦距f存在以下關(guān)系:,

      fno為光學(xué)系統(tǒng)的f數(shù);f1為第一透鏡1焦距;f23為第二透鏡2、第三透鏡3的組合焦距;n1為第一透鏡1的材料折射率;r1為第一透鏡1凸面的半徑,f為鏡頭的總焦距。

      進(jìn)一步,第一透鏡1、第二透鏡2和第三透鏡3均不含衍射面,第一透鏡1、第二透鏡2和第三透鏡3均采用鍺材料,鏡頭的f數(shù)為0.7。

      入射光從第一透鏡1入射,通過孔徑光闌5再傳播經(jīng)過第二透鏡2和第三透鏡3,最后會(huì)聚在成像面42上。

      本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的性能指標(biāo)有:

      1.焦距:f’=30mm;

      2.f數(shù):f=0.7;

      3.視場角:2ω=15.5°;

      4.工作波段:8~12μm;

      5.分辨率:與像元大小17μm,像素384×288的非制冷探測器匹配;

      6.工作溫度:-40℃~+55℃;

      7.光學(xué)透過率≥80%;

      8.全視場最大畸變<2%。

      再進(jìn)一步,所述的第三透鏡3和探測器4之間設(shè)置有擋板,由于在光學(xué)系統(tǒng)最后一面與探測器靶面之間設(shè)置擋板機(jī)構(gòu),擋板切入光路時(shí),可起到校正紅外圖像的作用。

      該光學(xué)系統(tǒng)具體的設(shè)計(jì)參數(shù)如下表一:

      表一光學(xué)系統(tǒng)具體的設(shè)計(jì)參數(shù)表

      表一中,面2、面4為非球面。

      具體非球面數(shù)據(jù)見表二。

      第一透鏡1和第二透鏡2的凹面為非球面,且非球面滿足如下公式:

      ,

      其中,z(y)為非球面沿光軸方向在高度為y的位置時(shí),距非球面頂點(diǎn)的距離矢高;r為鏡片的曲率半徑;a4、a6、a8、a10分別為非球面四階系數(shù)、六階系數(shù)、八階系數(shù)和十階系數(shù);

      表二非球面數(shù)據(jù)

      通過實(shí)際量產(chǎn)加工裝調(diào)驗(yàn)證,本鏡頭具備結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕,光學(xué)透過率高,通光量大等優(yōu)點(diǎn)。此外,系統(tǒng)公差不敏感,便于大批量生產(chǎn)。

      最后應(yīng)當(dāng)說明的是:本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施方式,在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下進(jìn)行修改或者等同替換。

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