本實(shí)用新型涉及光學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種非制冷光學(xué)無熱化鏡頭。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著非制冷型探測(cè)器技術(shù)的不斷發(fā)展，非制冷型探測(cè)器的靈敏度不斷提高，且成本不斷降低，使紅外成像系統(tǒng)在夜視觀瞄、車載夜視和安防監(jiān)控等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。但是，紅外成像系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)就是很難適應(yīng)較寬的工作溫度范圍。由于紅外材料的折射率溫度系數(shù)變化很大，隨著環(huán)境溫度的變化，紅外光學(xué)材料的折射率、元件的曲率、厚度和間隔將發(fā)生變化，再加上殼體的熱脹冷縮，使系統(tǒng)產(chǎn)生離焦和其他像差，嚴(yán)重影響系統(tǒng)成像質(zhì)量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：鑒于上述的分析，本實(shí)用新型旨在提供一種緊湊型非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中溫度影響紅外成像系統(tǒng)成像質(zhì)量的問題。為解決上述問題，本實(shí)用新型主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本實(shí)用新型提供了一種緊湊型非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，該鏡頭包括：沿光線入射方向依次設(shè)置負(fù)彎月型透鏡、正彎月型透鏡和正透鏡；其中，系統(tǒng)F數(shù)滿足：0.8≤F≤1.4，系統(tǒng)焦距f'滿足：15mm≤f'≤50mm，負(fù)彎月型透鏡的焦距fA'滿足-300mm≤fA'≤-100mm，正彎月型透鏡的焦距fB'滿足30mm≤fB'≤120mm，正透鏡的焦距fC'滿足15mm≤fC'≤60mm。優(yōu)選地，所述負(fù)彎月型透鏡為具有負(fù)光焦度的負(fù)彎月透鏡，所述正彎月型透鏡為具有正光焦度的正彎月型透鏡，所述正透鏡為具有正光焦度的平凸、雙凸或正彎月透鏡。優(yōu)選地，所述負(fù)彎月型透鏡和所述正彎月型透鏡的球面均朝向像面。優(yōu)選地，所述負(fù)彎月型透鏡的材料為鍺，且所述負(fù)彎月型透鏡的凸面鍍硬膜。所述正彎月型透鏡和所述正透鏡的材料為硫系玻璃IG4或IG6，以及其他廠家生產(chǎn)的與之牌號(hào)對(duì)應(yīng)的硫系玻璃。優(yōu)選地，所述光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)總長(zhǎng)L和系統(tǒng)焦距f'之間滿足條件：0.8f'≤L≤2f'。優(yōu)選地，所述負(fù)彎月型透鏡的凸面為球面或非球面，凹面為非球面或球面；所述正彎月型透鏡的凸面和凹面均為非球面或球面。所述正透鏡的兩側(cè)的表面為非球面或球面，且所述正透鏡至少有一個(gè)非球面上帶有衍射面。優(yōu)選地，所述負(fù)彎月型透鏡、所述正彎月型透鏡和所述正透鏡共用一個(gè)鏡筒。優(yōu)選地，所述正彎月型透鏡通過光闌進(jìn)行固定。本實(shí)用新型有益效果如下：本實(shí)用新型光學(xué)無熱化鏡頭采用非球面和衍射面技術(shù)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，透過率高，成像性能好，可實(shí)現(xiàn)在-40℃～+60℃范圍內(nèi)均能夠清晰成像且無需調(diào)焦。本實(shí)用新型的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本實(shí)用新型而了解。本實(shí)用新型的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。附圖說明圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1的畸變和球差曲線；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1的常溫光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例1的低溫-40℃下光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例1的高溫+60℃下光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例2的畸變和球差曲線；圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例2的常溫光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例2的低溫-40℃下光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例2的高溫+60℃下光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖來具體描述本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于闡釋本實(shí)用新型的原理。為了清楚和簡(jiǎn)化目的，當(dāng)其可能使本實(shí)用新型的主題模糊不清時(shí)，將省略本文所描述的器件中已知功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)具體說明。為了解決現(xiàn)有技術(shù)溫度影響紅外成像系統(tǒng)成像質(zhì)量的問題，本實(shí)用新型提供了一種緊湊型非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，沿光線入射方向依次設(shè)置負(fù)彎月型透鏡、正彎月型透鏡和正透鏡，通過調(diào)整F數(shù)和各個(gè)透鏡的焦距以實(shí)現(xiàn)在-40℃～+60℃范圍內(nèi)均能夠清晰成像且無需調(diào)焦的效果。以下結(jié)合附圖以及幾個(gè)實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種緊湊型非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，參見圖1，該鏡頭包括：沿光線入射方向依次設(shè)置負(fù)彎月型透鏡1、正彎月型透鏡2和正透鏡3,或者依次稱為透鏡A、透鏡B和透鏡C；其中，系統(tǒng)F數(shù)滿足：0.8≤F≤1.4，系統(tǒng)焦距f'滿足：15mm≤f'≤50mm，負(fù)彎月型透鏡1的焦距fA'滿足-300mm≤fA'≤-100mm，正彎月型透鏡2的焦距fB'滿足30mm≤fB'≤120mm，正透鏡3的焦距fC'滿足15mm≤fC'≤60mm。本實(shí)用新型的非制冷光學(xué)無熱化鏡頭沿光線入射方向依次包括負(fù)彎月型透鏡、正彎月型透鏡和正透鏡，通過調(diào)整F數(shù)和各個(gè)透鏡的焦距以實(shí)現(xiàn)在-40℃～+60℃范圍內(nèi)均能夠清晰成像且無需調(diào)焦的效果。即，本實(shí)用新型實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)采用非球面和衍射面技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，透過率高，成像性能好；并且本實(shí)用新型采用小F數(shù)設(shè)計(jì)，有利于提高系統(tǒng)的集光能力和成像分辨率，提高探測(cè)器的靈敏度；另外，本實(shí)用新型成像視場(chǎng)大，有利于擴(kuò)大觀察范圍，可兼容多款非制冷探測(cè)器。本實(shí)用新型實(shí)施例所述負(fù)彎月型透鏡為具有負(fù)光焦度的負(fù)彎月透鏡，所述正彎月型透鏡為具有正光焦度的正彎月型透鏡，所述正透鏡為具有正光焦度的平凸、雙凸或正彎月透鏡。且，本實(shí)用新型實(shí)施例所述負(fù)彎月型透鏡和所述正彎月型透鏡的球面均朝向像面。本實(shí)用新型實(shí)施例所述負(fù)彎月型透鏡的材料為鍺，且所述負(fù)彎月型透鏡的凸面鍍硬膜。所述正彎月型透鏡和所述正透鏡的材料為硫系玻璃IG4或IG6，以及其他廠家生產(chǎn)的與之牌號(hào)對(duì)應(yīng)的硫系玻璃。本實(shí)用新型負(fù)彎月型透鏡前表面鍍硬膜，有利于提高系統(tǒng)的防潮濕、鹽霧和沙塵等方面的環(huán)境適應(yīng)性。并且本實(shí)用新型鏡片材料為硫系玻璃，可通過精密模壓的方式生產(chǎn)，有利于批量產(chǎn)生產(chǎn)。需要說明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例所述光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)總長(zhǎng)L和系統(tǒng)焦距f'之間滿足條件：0.8f'≤L≤2f'。優(yōu)選地，所述負(fù)彎月型透鏡的凸面為球面或非球面，凹面為非球面或球面；所述正彎月型透鏡的凸面和凹面均為非球面或球面。所述正透鏡的兩側(cè)的表面為非球面或球面，且所述正透鏡至少有一個(gè)非球面上帶有衍射面。優(yōu)選地，所述負(fù)彎月型透鏡、所述正彎月型透鏡和所述正透鏡共用一個(gè)鏡筒。通過共用一個(gè)鏡筒，有利于提高系統(tǒng)的共軸精度。本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)工藝性好，在鏡片和鏡筒加工完成后直接進(jìn)行組合即可滿足像質(zhì)要求，不需要研修等過程，有利于批量化生產(chǎn)。優(yōu)選地，本實(shí)用新型實(shí)施例所述正彎月型透鏡通過光闌進(jìn)行固定。也就是說，本實(shí)用新型僅采用三片透鏡，且光闌放置在前組正彎月型透鏡的前面，不單獨(dú)設(shè)計(jì)光闌，系統(tǒng)成本低，有利于提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)焦距為38mm，F(xiàn)數(shù)1.1，視場(chǎng)角為±12°，光學(xué)系統(tǒng)總長(zhǎng)60.2mm，設(shè)計(jì)波長(zhǎng)8-12μm，該系統(tǒng)具體參數(shù)如表1所示。表1系統(tǒng)參數(shù)表表面序號(hào)面型曲率半徑中心厚度材料S1球面34.064.50鍺S2非球面30.271.00S3(光闌)非球面25.4411.00硫系玻璃IG4S4非球面21.1412.69S5球面infinity6.00硫系玻璃IG6S6非球面(衍射面)-49.5521.84像面球面infinity0旋轉(zhuǎn)對(duì)稱偶次非球面曲面滿足下列方程：z=Y2/R1+(1-(1+K)Y2/R2)+AY4+BY6+CY8+DY10]]>上式中，Z為非球面沿光軸方向在高度為Y的位置時(shí)，距離非球面頂點(diǎn)的矢高，R為透鏡的近軸曲率半徑，K為圓錐系數(shù)，A、B、C、D為高次非球面系數(shù)。表2為該實(shí)施例的非球面參數(shù)。表2非球面參數(shù)表該衍射面滿足下列表達(dá)式：其中：ρ＝r/r1，r1是衍射面歸劃半徑，Ai是衍射面相位系數(shù)。表3為該實(shí)施例的衍射面參數(shù)。表3衍射面參數(shù)表衍射面規(guī)劃半徑相位系數(shù)A1S616.00-62.31本實(shí)施例1光學(xué)系統(tǒng)的畸變和球差曲線如圖2所示，從圖中可以看出，系統(tǒng)畸變值小于2％，滿足系統(tǒng)的使用要求。圖3是本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線如圖3所示，本實(shí)施例1在溫度范圍為-40℃～+60℃內(nèi)，均能夠清晰成像，且無需調(diào)焦。在-40℃和+60℃的MTF曲線如圖4和圖5所示，圖3-5為光學(xué)系統(tǒng)分別在常溫20℃，低溫-40℃和高溫60℃的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線。光學(xué)傳遞函數(shù)能夠綜合反映光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，從圖中可以看出，在不同溫度下，光學(xué)系統(tǒng)在空間頻率25mm/lp下，軸上MTF值大于0.6，軸外MTF值大于0.3，能夠保證光學(xué)系統(tǒng)成像清晰。本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了另一種鏡頭結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)焦距為40mm，F(xiàn)數(shù)1.1，視場(chǎng)角為±11.6°，光學(xué)系統(tǒng)總長(zhǎng)62mm，設(shè)計(jì)波長(zhǎng)8-12μm，該系統(tǒng)具體參數(shù)如表4所示。表4系統(tǒng)參數(shù)表旋轉(zhuǎn)對(duì)稱偶次非球面曲面滿足下列方程：z=Y2/R1+(1-(1+K)Y2/R2)+AY4+BY6+CY8+DY10]]>上式中，Z為非球面沿光軸方向在高度為Y的位置時(shí)，距離非球面頂點(diǎn)的矢高，R為透鏡的近軸曲率半徑，K為圓錐系數(shù)，A、B、C、D為高次非球面系數(shù)。表5為該實(shí)施例的非球面參數(shù)。表5非球面參數(shù)表KABCDS202.9949E-07-1.1597E-082.7097E-110S301.1446E-06-2.2837E-08-2.5903E-111.0114E-13S401.1749E-06-2.7084E-08-4.0062E-101.3048E-12S502.3004E-06-3.2860E-099.3626E-130該衍射面滿足下列表達(dá)式：其中：ρ＝r/r1，r1是衍射面歸劃半徑，Ai是衍射面相位系數(shù)。表6為該實(shí)施例的衍射面參數(shù)。表6衍射面參數(shù)表衍射面規(guī)劃半徑相位系數(shù)A1S516.00-59.05本實(shí)施例1光學(xué)系統(tǒng)的畸變和球差曲線如圖6所示，光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線如圖7所示。本實(shí)施例1在溫度范圍為-40℃～+60℃內(nèi)，均能夠清晰成像，且無需調(diào)焦。在-40℃和+60℃的MTF曲線如圖8和圖9所示。圖7-9為光學(xué)系統(tǒng)分別在常溫20℃，低溫-40℃和高溫60℃的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線。光學(xué)傳遞函數(shù)能夠綜合反映光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，從圖中可以看出，在不同溫度下，光學(xué)系統(tǒng)在空間頻率25mm/lp下，軸上MTF值大于0.6，軸外MTF值大于0.3，能夠保證光學(xué)系統(tǒng)成像清晰。本實(shí)用新型所述的方法至少能夠帶來以下的有益效果：本實(shí)用新型光學(xué)無熱化鏡頭采用非球面和衍射面技術(shù)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，透過率高，成像性能好，可實(shí)現(xiàn)在-40℃～+60℃范圍內(nèi)均能夠清晰成像且無需調(diào)焦。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3