一種小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)，包括第一正彎月透鏡和探測器；從第一正彎月透鏡至探測器沿光軸依次設置有雙凹透鏡、第二正彎月透鏡、負彎月透鏡和第三正彎月透鏡；第一正彎月透鏡、第二正彎月透鏡和第三正彎月透鏡均具有正屈光度，雙凹透鏡和負彎月透鏡均具有負屈光度。雙凹透鏡的曲面S3和負彎月透鏡的曲面S7均為非球面，非球面S7還加工有二元衍射面。本發(fā)明的雙視場紅外光學系統(tǒng)，通過合理布置不同類型的透鏡并選取其正負屈光度，使得整個光學系統(tǒng)具有較小的尺寸和更大的變倍比，而且在窄視場和寬視場的切換條件下具有更大的變焦范圍，適于在對紅外光學系統(tǒng)具有較小尺寸要求的場合使用。
【專利說明】一種小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)，更具體的說，尤其涉及一種 通過合理分布正彎月透鏡、雙凹透鏡和負彎月透鏡并選擇其正負屈光度的小尺寸非制冷雙 視場紅外光學系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 紅外熱像系統(tǒng)是利用自然界中一切溫度高于絕對零度（_273°C )的物體，每時每刻 都輻射出紅外線，同時這種紅外線輻射都載有物體的特征信息這一原理，然后通過光電轉 換、電信號處理等手段，將目標物體的溫度分布圖像轉換成視頻圖像的高科技產品。
[0003] 非制冷紅外系統(tǒng)因為其不需制冷且價格低廉，目前在電力、油田、公路等民用安防 領域，甚至軍事領域得到了廣泛應用。目前，紅外光學系統(tǒng)可分為單視場、雙視場、多視場以 及連續(xù)變焦等系統(tǒng)。雙視場紅外光學系統(tǒng)可實現(xiàn)窄視場與寬視場之間的快速切換，并且移 動的透鏡數(shù)量少，可靠性、同軸性等可以得到很好地保證，因此在軍用領域有其不可替代的 應用。
[0004] 非制冷紅外光學系統(tǒng)為了得到更多的光線入射，其相對孔徑較??；同時由于可用 的材料種類較少，而且又需要使用比較少的鏡片，以提高它的透過率，因此體積都做得很 大。近年來，出現(xiàn)了一些非制冷雙視場紅外系統(tǒng)的設計，例如2011年5月18日公告的專 利號為CN201010516394. 8的發(fā)明專利文件，公開了一種非制冷雙視場紅外系統(tǒng)，其焦距在 56. 7mm和114. 3mm焦距切換，長度達到232mm，這樣大的體積對于一些場合是不方便使用或 者無法使用的。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種小尺寸非制冷雙視場紅外光學 系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)，包括用于聚焦光線的第一正彎月透 鏡和實現(xiàn)光電信號轉化的探測器；其特別之處在于：從第一正彎月透鏡至探測器之間沿光 軸依次設置有雙凹透鏡、第二正彎月透鏡、負彎月透鏡和第三正彎月透鏡；第一正彎月透 鏡、第二正彎月透鏡和負彎月透鏡均為凸面朝向物側，第三正彎月透鏡為凹面朝向物側；所 述第一正彎月透鏡、第二正彎月透鏡和第三正彎月透鏡均具有正屈光度，雙凹透鏡和負彎 月透鏡均具有負屈光度；所述雙凹透鏡可在第一正彎月與第二正彎月透鏡之間移動，以實 現(xiàn)光學系統(tǒng)窄視場和寬視場的切換。
[0007] 正屈光度是指對光線具有會聚作用，負屈光度是指對光線具有發(fā)散作用。由于第 一、第二正彎月和負彎月透鏡的凸面朝向物側，第三正彎月透鏡的凹面朝向物側，且第一、 第二和第三正彎月透鏡對光線具有會聚作用，雙凹透鏡、負彎月對光線具有發(fā)散作用，使得 其組成的光路系統(tǒng)不僅具有較小的尺寸和較大的變倍，而且在窄視場和寬視場切換的過程 中具有更大的變焦范圍，更佳適于遠近場景的切換。
[0008] 本發(fā)明的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)，第一正彎月透鏡構成前固定組，雙 凹透鏡構成變倍組，第二正彎月透鏡、負彎月透鏡和第三正彎月透鏡構成后固定組；前固定 組、變倍組和后固定組的焦距滿足不等式組：

【權利要求】
1. 一種小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)，包括用于聚焦光線的第一正彎月透鏡（I) 和實現(xiàn)光電信號轉化的探測器（7);其特征在于：從第一正彎月透鏡至探測器之間沿光軸 (8)依次設置有雙凹透鏡（2)、第二正彎月透鏡（3)、負彎月透鏡（4)和第三正彎月透鏡（5); 第一正彎月透鏡、第二正彎月透鏡和負彎月透鏡均為凸面朝向物側，第三正彎月透鏡為凹 面朝向物側；所述第一正彎月透鏡、第二正彎月透鏡和第三正彎月透鏡均具有正屈光度，雙 凹透鏡和負彎月透鏡均具有負屈光度；所述雙凹透鏡可在第一正彎月與第二正彎月透鏡之 間移動，以實現(xiàn)光學系統(tǒng)窄視場和寬視場的切換。
2. 根據權利要求1所述的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)，其特征在于：第一正彎 月透鏡（1)構成前固定組，雙凹透鏡（2)構成變倍組，第二正彎月透鏡（3)、負彎月透鏡（4) 和第三正彎月透鏡（5)構成后固定組；前固定組、變倍組和后固定組的焦距滿足不等式組 (1)：
其中，Z1為前固定組的焦距，X為變倍組的焦距，/3為后固定組的焦距，/f為雙凹透 鏡運動至窄視場時整個光學系統(tǒng)所對應的焦距。
3. 根據權利要求1或2所述的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)，其特征在于：第一 正彎月透鏡（1)、雙凹透鏡（2)、第二正彎月透鏡（3)、負彎月透鏡（4)、第三正彎月透鏡（5) 朝向物側和朝向探測器的曲面分別為SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10,這10個曲面 中至少有一個為非球面且至少有一個曲面上設置有二元衍射面。
4. 根據權利要求3所述的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)，其特征在于：所述雙凹 透鏡的曲面S3和負彎月透鏡的曲面S7均為非球面，所述非球面S7還加工有二元衍射面； 非球面S3和非球面S7的參數(shù)如下表：
其中，J1、4為二元衍射面的2次、4次衍射系數(shù)，M為衍射級數(shù)，5為二元衍射面上 距離光軸垂直方向上的高度，r為二元衍射面上距離透鏡中心水平方向上的距離；M取為 I,A1 =-15. 0632,4=3. 0099〇
5. 根據權利要求3或4所述的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)，其特征在 于：所述曲面SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、SlO的曲率半徑分別為 160. 108_、 241. 287mm、-145. 227mm、162. 53mm、91. 041mm、266. 403mm、85. 309mm、68. 023mm、-400. 100 00mm、-150. 61100mm;光軸處曲面SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、SlO之間的距離分別 為 11. 3mm、可變距離Dl、3. 3mm、可變距離D2、5. 5mm、13. 0723mm、5. 2mm、22. 2525mm、 5.2mm，曲面SlO與探測器（7)之間的距離為22. 5151mm;紅外光學系統(tǒng)在寬視場的情 況下，Dl=36. 3768mm，D2=36. 2833,紅外光學系統(tǒng)切換至窄視場的情況下，Dl=64.6800mm， D2=7. 9801mm。
6. 根據權利要求1或2所述的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統(tǒng)，其特征在于：光闌 設置于第二正彎月透鏡處；光學系統(tǒng)F數(shù)為I. 0 ;該系統(tǒng)適用于波長8-12ym的長波紅外。
【文檔編號】G02B13/14GK104267484SQ201410057627
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權日:2014年2月20日
【發(fā)明者】劉濤, 徐玉惠, 陳大明, 桑建國 申請人:山東神戎電子股份有限公司