一種新型長波紅外定焦鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型長波紅外定焦鏡頭，沿光軸從物方至像方依次設(shè)置有三組透鏡，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，所述鏡頭滿足公式：0<FNO*f12*f3*(n1-1)/(f*f*R1)<1以及1*10-5<dn1/dT<5*10-5，f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距；n1為第一透鏡材料的中心波長折射率；FNO為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)；f12為第一透鏡和第二透鏡的組合焦距；f3為第三透鏡的焦距；R1為第一透鏡的凸面近似曲率半徑；dn1/dT為第一透鏡材料折射率溫度系數(shù)。本發(fā)明采用三種硫系玻璃材料，結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、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】一種新型長波紅外定焦鏡頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型長波紅外定焦鏡頭，尤其是一種具有寬溫度范圍內(nèi)消熱差性能，可廣泛應(yīng)用于車載夜視和安防監(jiān)控領(lǐng)域的長波紅外定焦鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著非制冷探測器技術(shù)的成熟，長波紅外非制冷光學(xué)系統(tǒng)在軍用和民用領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。由于紅外光學(xué)材料的折射率溫度系數(shù)較大，工作溫度的劇烈變化會(huì)對紅外光學(xué)系統(tǒng)有嚴(yán)重的影響，引起系統(tǒng)焦距變化、像面漂移、成像質(zhì)量下降等問題。針對這些特殊應(yīng)用領(lǐng)域的紅外光學(xué)系統(tǒng)必須進(jìn)行消熱差設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮溫度變化對系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響，使得紅外光學(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]在紅外光學(xué)系統(tǒng)的消熱差技術(shù)中，光學(xué)消熱差由于其結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠等特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。但現(xiàn)有光學(xué)消熱差鏡頭方案存在以下問題，一是利用多種材料熱特性差異配合實(shí)現(xiàn)消熱差，該方案存在使用材料多，鏡頭數(shù)量較多，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，成本高等問題；二是采用利用衍射光學(xué)元件具有負(fù)消熱散的特性實(shí)現(xiàn)消熱差，該方案存在由于衍射面的衍射效率而導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)透過率下降明顯的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決了上述光學(xué)消差系統(tǒng)中存在的問題，提供了一種新型長波紅外光學(xué)定焦鏡頭，該系統(tǒng)采用三片式結(jié)構(gòu)，利用硫系玻璃具有較低的折射率溫度系數(shù)的特性，實(shí)現(xiàn)在寬溫度范圍內(nèi)的消熱差特性。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下面所描述:
[0006]一種新型長波紅外光學(xué)定焦鏡頭，沿光軸從物方至像方依次設(shè)置有第一透鏡L1、第二透鏡L2和第三透鏡L3 ；
[0007]所述的第一透鏡為具有正屈光力并凸面向物側(cè)的彎月型透鏡；
[0008]所述的第二透鏡為具有負(fù)屈光力的透鏡；
[0009]所述的第三透鏡為具有正屈光力并凸面向像側(cè)的透鏡；
[0010]所述新型長波紅外定焦鏡頭滿足下列公式:
[0011]0〈FN0*fl2*f3*(nl-l)/(f*f*Rl)〈l 以及 l*l(T5〈dnl/dT〈5*l(T5
[0012]其中，f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距；nl為第一透鏡材料的中心波長折射率；FN0為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)；f 12為第一透鏡和第二透鏡的組合焦距；f3為第三透鏡的焦距；R1第一透鏡的凸面近似曲率半徑；dnl/dT為第一透鏡材料折射率溫度系數(shù)。
[0013]進(jìn)一步地所述第三透鏡滿足下列的表達(dá)式:
[0014]l*l(T5〈dn3/dT〈5*l(T5
[0015]其中，n3為第一透鏡材料的中心波長折射率；dn3/dT為第一透鏡材料折射率溫度系數(shù)。
[0016]進(jìn)一步地，所述第一透鏡和第二透鏡組成的組合焦距和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
[0017]l<fl2/f<7
[0018]其中，fl2為第一透鏡和第二透鏡的組合焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0019]進(jìn)一步地，所述第一透鏡和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
[0020]0<fl/f<l
[0021]其中，fl為第一透鏡焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0022]進(jìn)一步地，所述第二透鏡和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
[0023]-l<f2/f<0
[0024]其中，f2為第二透鏡焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0025]進(jìn)一步地，所述第三透鏡和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
[0026]0<f3/f<l
[0027]其中，f3為第三透鏡焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0028]進(jìn)一步地，所述鏡頭采用三種硫系玻璃材料，每一透鏡采用不同的硫系玻璃材料。
[0029]所述鏡頭的透鏡中均不含有衍射面結(jié)構(gòu)。
[0030]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢和有益效果:
[0031]本發(fā)明通過采用三片透鏡的方案，無需采用衍射面結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)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:與多種光學(xué)材料配比實(shí)現(xiàn)光學(xué)消熱差方案相比，本發(fā)明具有鏡頭鏡片數(shù)量少，鏡頭結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)；與采用衍射光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)光學(xué)消熱差方案相比，本發(fā)明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)。本發(fā)明采用三種硫系玻璃，在材料成本上硫系玻璃具有明顯的優(yōu)勢，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】
[0032]通過下面結(jié)合附圖對其示例性實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明上述特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚和容易理解。
[0033]圖1是本發(fā)明所述的新型長波紅外定焦鏡頭的具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2是具體實(shí)施例的色差曲線圖(mm)；
[0035]圖3是具體實(shí)施例的像散曲線圖(mm)；
[0036]圖4是具體實(shí)施例的畸變曲線圖(％)；
[0037]圖5是具體實(shí)施例的MTF曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]圖1是本發(fā)明所述的長波紅外定焦鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]如圖1所示，所述長波紅外定焦鏡頭，其沿光軸從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置有:具有正屈光力的第一透鏡LI,系統(tǒng)光闌St位于第一面上；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以及成像面100。入射光通過第一透鏡LI，進(jìn)入第二透鏡L2和第三透鏡L3，最后會(huì)聚進(jìn)入到成像面100之中。
[0040]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。
[0041]從物側(cè)至像側(cè)，所述第一透鏡LI的兩面為Rl、R2，所述第二透鏡L2的兩面為R3、R4，所述第三透鏡L3的兩面為R5、R6，所述Zl指鏡頭的中心光軸，沿中心光軸上，所述第一透鏡LI的厚度為Dl，與第二透鏡L2的距離為D2，所述第二透鏡L2的厚度為D3，與第三透鏡L3的距離為D4，所述第三透鏡L3的厚度為D5，與與成像面100的距離為D6。
[0042]所述第一透鏡LI，第二透鏡L2，第三透鏡L3的材質(zhì)均為硫系玻璃，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。硫系玻璃折射率隨溫度變化系數(shù)dn/dT較小，在光學(xué)系統(tǒng)中采用硫系玻璃加上合理的光焦度分配可以實(shí)現(xiàn)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，最大特性還可以高精密模壓，在批量生產(chǎn)時(shí)具有極大的成本優(yōu)勢。
[0043]本光學(xué)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，為達(dá)到384*28825微米探測器的高分率像質(zhì)要求，鏡頭光闌放置在第一透鏡LI的第一面上。所述新型長波紅外定焦鏡頭滿足下列公式:
[0044]0〈FN0*fl2*f3* (nl_l) / (f*f*Rl)〈I 以及 l*l(T5〈dnl/dT〈5*l(T5
[0045]其中，f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距；nl為第一透鏡材料的中心波長折射率；FN0為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)；f 12為第一透鏡和第二透鏡的組合焦距；f3為第三透鏡的焦距；R1第一透鏡的凸面近似曲率半徑；dnl/dT為第一透鏡材料折射率溫度系數(shù)。
[0046]進(jìn)一步地，所述第三透鏡滿足下列的表達(dá)式:
[0047]l*10_5〈dn3/dT〈5*10_5
[0048]其中，n3為第一透鏡材料的中心波長折射率；dn3/dT為第一透鏡材料折射率溫度系數(shù)。
[0049]進(jìn)一步地，所述第一透鏡和第二透鏡組成的組合焦距和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
[0050]l<fl2/f<7
[0051]其中，fl2為第一透鏡和第二透鏡的組合焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0052]進(jìn)一步地，所述第一透鏡和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
[0053]0<fl/f<l
[0054]其中，fl為第一透鏡焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0055]進(jìn)一步地，所述第二透鏡和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
[0056]-l<f2/f<0
[0057]其中，f2為第二透鏡焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0058]進(jìn)一步地，所述第三透鏡和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
[0059]0<f3/f<l
[0060]其中，f3為第三透鏡焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
[0061]在本實(shí)施例中，該光學(xué)系統(tǒng)的焦距f=22mm，光圈數(shù)FNO=L I。第一透鏡LI的凸面近似曲率半徑Rl=17.04，第一透鏡LI的焦距f 1=13.35mm,第二透鏡L2的焦距為f2=-10.14mm，第三透鏡L3的焦距為f3=16.01mm，第一透鏡和第二透鏡的組合焦距fl2=102.143mm，第一透鏡的折射率 nl=2.7776 ；
[0062]FN0*fl2*f3*(nl_l)/(f*f*Rl)=0.39 ；
【權(quán)利要求】
1.一種新型長波紅外定焦鏡頭，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，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；所述新型長波紅外定焦鏡頭滿足下列公式:
0〈FN0*fl2*f3*(nl-l)/(f*f*Rl)〈l 以及 l*l(T5〈dnl/dT〈5*l(T5 其中，f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距；nl為第一透鏡材料的中心波長折射率；FNO為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)；f 12為第一透鏡和第二透鏡的組合焦距；f3為第三透鏡的焦距；R1為第一透鏡的凸面近似曲率半徑；dnl/dT為第一透鏡的材料折射率溫度系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型長波紅外定焦鏡頭，其特征在于:所述第三透鏡滿足下列的表達(dá)式:
l*10_5〈dn3/dT〈5*10_5 其中，n3為第一透鏡材料的中心波長折射率；dn3/dT為第一透鏡材料折射率溫度系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型長波紅外定焦鏡頭，其特征在于:所述第一透鏡和第二透鏡組成的組合焦距和光學(xué)系統(tǒng)焦距滿足下列的表達(dá)式:
l<fl2/f<7 其中，Π2為第一透鏡和第二透鏡的組合焦距；f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型長波紅外定焦鏡頭，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<l 其中，fl為第一透鏡的焦距為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型長波紅外定焦鏡頭，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:
-l<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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型長波紅外定焦鏡頭，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型長波紅外定焦鏡頭，其特征在于:所述鏡頭采用三種硫系玻璃材料，每一透鏡米用不同的硫系玻璃材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型長波紅外定焦鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的透鏡中均不含有衍射面結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G02B13/14GK103941379SQ201410131576
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】任和齊, 朱光春 申請人:寧波舜宇紅外技術(shù)有限公司