本發(fā)明涉及紅外光學系統(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，可以將紅外光學系統(tǒng)的相對孔徑適當取大。

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：

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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，距非球面頂點的距離矢高；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，光學透過率高，通光量大等優(yōu)點，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：

1，鏡頭光學系統(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透過率。

2，鏡頭光學系統(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；此外光學系統(tǒng)中包含兩個非球面，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，具備更遠的目標探測距離。

3，鏡頭光學系統(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，在光學系統(tǒng)最后一面與探測器靶面之間設(shè)置擋板機構(gòu)，擋板切入光路時，起校正紅外圖像作用。

附圖說明

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

圖2為本發(fā)明光學系統(tǒng)傳遞函數(shù)圖。

各附圖標記為：

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

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

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，最后會聚在成像面42上。

本發(fā)明實現(xiàn)的性能指標有：

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.光學透過率≥80%；

8.全視場最大畸變＜2%。

再進一步，所述的第三透鏡3和探測器4之間設(shè)置有擋板，由于在光學系統(tǒng)最后一面與探測器靶面之間設(shè)置擋板機構(gòu)，擋板切入光路時，可起到校正紅外圖像的作用。

該光學系統(tǒng)具體的設(shè)計參數(shù)如下表一：

表一光學系統(tǒng)具體的設(shè)計參數(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，距非球面頂點的距離矢高；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)

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

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