一種非制冷光學(xué)無熱化鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非制冷光學(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。
【專利說明】
-種非制冷光學(xué)無熱化鏡頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種非制冷光學(xué)無熱化鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著非制冷型探測器技術(shù)的不斷發(fā)展，非制冷型探測器的靈敏度不斷提 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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種緊湊型非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，用W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。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明主要是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 本發(fā)明提供了一種緊湊型非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，該鏡頭包括：
[0006] 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；
[0007] 其中，系統(tǒng)F數(shù)滿足:0.8鄒。.4,系統(tǒng)焦距f'滿足<50mm，負(fù)彎月型透 鏡的焦距fA'滿足-300mm ^Α' <-100mm，正彎月型透鏡的焦距fB'滿足30mm ^Β' ^20mm， 正透鏡的焦距fc'滿足15mm <fc' < 60mm。
[000引優(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。
[0009] 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。
[0010] 優(yōu)選地，所述負(fù)彎月型透鏡的材料為錯(cuò)，且所述負(fù)彎月型透鏡的凸面鍛硬膜。所述 正彎月型透鏡和所述正透鏡的材料為硫系玻璃KM或IG6，W及其他廠家生產(chǎn)的與之牌號對 應(yīng)的硫系玻璃。
[00川優(yōu)選地，所述光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)總長L和系統(tǒng)焦距f'之間滿足條件:0.8f'如。f'。
[0012] 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；
[0013] 所述正彎月型透鏡的凸面和凹面均為非球面或球面。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 優(yōu)選地，所述正彎月型透鏡通過光闊進(jìn)行固定。
[0017] 本發(fā)明有益效果如下：
[0018] 本發(fā)明光學(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)簡單，透過率高， 成像性能好，可實(shí)現(xiàn)在-40°C~+60°C范圍內(nèi)均能夠清晰成像且無需調(diào)焦。
[0019] 本發(fā)明的其他特征和優(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)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、 權(quán)利要求書、W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】
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的崎變和球差曲線；
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的常溫光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；
[0023] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的低溫-40°C下光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；
[0024] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的高溫+60°C下光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；
[0025] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的崎變和球差曲線；
[0026] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的常溫光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；
[0027] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例的低溫-40°C下光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；
[002引圖9為本發(fā)明實(shí)施例的高溫+60°C下光學(xué)傳遞函數(shù)MTF曲線；
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并 與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。為了清楚和簡化目的，當(dāng)其可能使本發(fā)明 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。
[0030] 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，本發(fā)明提供了一種緊 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W實(shí)現(xiàn)在-40°C~+60°C范圍內(nèi)均能夠清晰成像且無 需調(diào)焦的效果。W下結(jié)合附圖W及幾個(gè)實(shí)施例，對本發(fā)明進(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W解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0031] 本發(fā)明實(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;
[0032] 其中，系統(tǒng)F數(shù)滿足:0.8鄒。.4，系統(tǒng)焦距f，滿足：15mm y，< 50mm，負(fù)彎月型透 鏡l的焦距fA'滿足-300mm<fA'<-100mm，正彎月型透鏡2的焦距fB'滿足30mm<fB'< 120臟，正透鏡3的焦距fc'滿足15臟<肝' <60臟。
[0033] 本發(fā)明的非制冷光學(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W實(shí)現(xiàn)在-40°C~+60°C范圍內(nèi)均能夠清 晰成像且無需調(diào)焦的效果。
[0034] 目P，本發(fā)明實(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)簡單，透過率高， 成像性能好;并且本發(fā)明采用小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 探測器的靈敏度；另外，本發(fā)明成像視場大，有利于擴(kuò)大觀察范圍，可兼容多款非制冷探測 器。
[0035] 本發(fā)明實(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。
[0036] 且，本發(fā)明實(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。
[0037] 本發(fā)明實(shí)施例所述負(fù)彎月型透鏡的材料為錯(cuò)，且所述負(fù)彎月型透鏡的凸面鍛硬 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，W及其他廠家生產(chǎn)的與 之牌號對應(yīng)的硫系玻璃。
[0038] 本發(fā)明負(fù)彎月型透鏡前表面鍛硬膜，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。并且本發(fā)明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)。
[0039] 需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例所述光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)總長L和系統(tǒng)焦距f'之間滿足 條件:0.8f' <L<2f'。
[0040] 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。
[0041] 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。本發(fā)明光學(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)。
[0042] 優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例所述正彎月型透鏡通過光闊進(jìn)行固定。也就是說，本發(fā)明僅 采用Ξ片透鏡，且光闊放置在前組正彎月型透鏡的前面，不單獨(dú)設(shè)計(jì)光闊，系統(tǒng)成本低，有 利于提高其市場競爭力。
[0043] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)焦距為 38mm，F(xiàn)數(shù)1.1，視場角為± 12°，光學(xué)系統(tǒng)總長60.2mm，設(shè)計(jì)波長8-12μπι，該系統(tǒng)具體參數(shù)如 表1所示。
[0044] 表1系統(tǒng)參數(shù)表
[0045]
[0046] ~旋轉(zhuǎn)對稱偶次非球面曲面滿足下列方程:
[0047]
[004引上式中，Ζ為非球面沿光軸方向在高度為Υ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，Κ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)。
[0049]表2非球面參數(shù)表
[(Κ)加 ]
[0化1 ]
[0化2]該衍射面滿足下列表達(dá)式：
[0053] 其中：Ρ = r/ri，ri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)。
[0054] 表3衍射面參數(shù)表
[0化5]
[0056] ~本實(shí)施例1光學(xué)系統(tǒng)的崎變和球差曲線如圖2所示，從圖中可W看出，系統(tǒng)崎變值I 小于2%，滿足系統(tǒng)的使用要求。圖3是本發(fā)明的光學(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°C~+60°C內(nèi)，均能夠清晰成像，且無需調(diào)焦。在-40°C和+60°C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°C，低溫-40°C和高溫60°C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W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。
[0057] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了另一種鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)焦距為 40mm，F(xiàn)數(shù)1.1，視場角為±11.6°，光學(xué)系統(tǒng)總長62mm，設(shè)計(jì)波長8-12皿，該系統(tǒng)具體參數(shù)如 表4所不。
[0061 ]旋轉(zhuǎn)對稱偶次非球面曲面滿足下列方程：
[005引表4系統(tǒng)參數(shù)表 [0化9]
[0060]
[0062]
[0063] 上式中，Z為非球面沿光軸方向在高度為Υ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)。
[0064] 表5非球面參數(shù)表
[00 化]
[0066] 該衍射面滿足下列表達(dá)式
[0067] 其中：P = r/ri，ri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)。
[0068] 表6衍射面參數(shù)表
[0069]
[0070] 本實(shí)施例1光學(xué)系統(tǒng)的崎變和球差曲線如圖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°C~+60°C內(nèi)，均能夠清晰成像，且無需調(diào)焦。在-40°C和+60 °C的腳^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°C，低溫-40°C和高溫60°C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W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。
[0071] 本發(fā)明所述的方法至少能夠帶來W下的有益效果：
[0072] 本發(fā)明光學(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)簡單，透過率高， 成像性能好，可實(shí)現(xiàn)在-40°C~+60°C范圍內(nèi)均能夠清晰成像且無需調(diào)焦。
[0073] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該W權(quán)利要求書的保護(hù)范 圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，其特征在于，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。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，其特征在于， 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。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，其特征在于， 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。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，其特征在于， 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。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，其特征在于，所述光學(xué) 系統(tǒng)的光學(xué)總長L和系統(tǒng)焦距f '之間滿足條件:0.8f ' < L < 2f '。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，其特征在于， 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。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，其特征在于， 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。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的非制冷光學(xué)無熱化鏡頭，其特征在于，所述正彎 月型透鏡通過光闌進(jìn)行固定。
【文檔編號】G02B13/18GK105824103SQ201610239060
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】楊加強(qiáng), 劉琳, 彭晴晴, 孫昌鋒
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所, 中國電子科技集團(tuán)公司第十一研究所