本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)波紅外5mm光學(xué)被動(dòng)消熱差鏡頭。

背景技術(shù)：

隨著紅外光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外光學(xué)鏡頭的使用范圍越來(lái)越廣，在一些許多的使用場(chǎng)合中，紅外鏡頭的工作溫度變化范圍很大。當(dāng)鏡頭的使用溫度發(fā)生變化時(shí)，由于光學(xué)、機(jī)械材料的熱脹冷縮以及光學(xué)材料折射率隨溫度的變化，必然會(huì)導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)靶面偏移，進(jìn)而導(dǎo)致成像質(zhì)量下降。因此，在進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須采用消熱差技術(shù)使紅外鏡頭在一個(gè)較大的溫度變化范圍內(nèi)均具有良好的成像質(zhì)量。

光學(xué)系統(tǒng)的消熱差技術(shù)可分為主動(dòng)消熱差和被動(dòng)式消熱差兩類，主動(dòng)式消熱差是利用測(cè)溫技術(shù)與伺服技術(shù)調(diào)焦實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。被動(dòng)式消熱差又分為機(jī)械被動(dòng)式消熱差和光學(xué)被動(dòng)式消熱差兩種：機(jī)械被動(dòng)式消熱差技術(shù)一般是利用鏡體材料產(chǎn)生與焦面漂移反向、等量的熱變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的；光學(xué)被動(dòng)式消熱差技術(shù)是利用光學(xué)材料熱特性之間的差異，通過(guò)合理分配材料和光焦度，消除光學(xué)系統(tǒng)最佳像面隨溫度的偏移。其中機(jī)械被動(dòng)式消熱差技術(shù)的無(wú)熱化效果及可靠性差，且鏡頭尺寸偏大偏重，而光學(xué)被動(dòng)式消熱差技術(shù)與其他消熱差技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕，無(wú)需額外添加調(diào)焦機(jī)構(gòu)、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。因此，光學(xué)被動(dòng)消熱差技術(shù)成為目前研究的熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種長(zhǎng)波紅外5mm光學(xué)被動(dòng)消熱差鏡頭。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種長(zhǎng)波紅外5mm光學(xué)被動(dòng)消熱差鏡頭，包括主鏡筒、設(shè)置在主鏡筒內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括沿光線自左向右入射方向依次設(shè)置的負(fù)彎月透鏡A、第一雙凸透鏡B、固定光闌C、第二雙凸透鏡D。

進(jìn)一步的，所述負(fù)彎月透鏡A和雙凸透鏡B之間的空氣間隔是1.52mm，所述第一雙凸透鏡B和固定光闌C之間的空氣間隔是5.43mm，所述固定光闌與第二雙凸透鏡D之間的空氣間隔是2.13mm。

進(jìn)一步的，所述負(fù)彎月透鏡A、第一雙凸透鏡B及第二雙凸透鏡D均采用的是同一種長(zhǎng)波紅外硫系玻璃制成。

進(jìn)一步的，所述第二雙凸透鏡的D物側(cè)面為非球面。

進(jìn)一步的，所述非球面滿足下列表達(dá)式：

式中，Z為非球面沿光軸方向在高度為r的位置時(shí)，距非球面頂點(diǎn)的距離矢高；c=1/R，R表示鏡面的近軸曲率半徑；K為圓錐系數(shù)；A、B、C、D為高次非球面系數(shù)。

進(jìn)一步的，所述主鏡筒內(nèi)部設(shè)置有A片壓圈、AB隔圈、C片壓圈，A片壓圈設(shè)置于負(fù)彎月透鏡A左側(cè)，AB隔圈設(shè)置于負(fù)彎月透鏡A、第一雙凸透鏡B之間，C片壓圈第二雙凸透鏡D右側(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：鏡頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，克服溫度對(duì)紅外鏡頭成像性能的影響。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明在常溫（20℃）下的MTF圖；

圖4 為本發(fā)明在高溫（80℃）下的MTF圖；

圖5 為本發(fā)明在低溫（-40℃）下的MTF圖。

圖中：A-負(fù)彎月透鏡A、B-第一雙凸透鏡B、C-固定光闌C、D-第二雙凸透鏡D、1-A片壓圈，2-AB隔圈，3-主鏡筒，4-C片壓圈。

具體實(shí)施方式

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

如圖1~5所示，一種長(zhǎng)波紅外5mm光學(xué)被動(dòng)消熱差鏡頭，包括主鏡筒、設(shè)置在主鏡筒內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括沿光線自左向右入射方向依次設(shè)置的負(fù)彎月透鏡A、第一雙凸透鏡B、固定光闌C、第二雙凸透鏡D。

在本實(shí)施例中，所述負(fù)彎月透鏡A和雙凸透鏡B之間的空氣間隔是1.52mm，所述第一雙凸透鏡B和固定光闌C之間的空氣間隔是5.43mm，所述固定光闌與第二雙凸透鏡D之間的空氣間隔是2.13mm。

光學(xué)元件參數(shù)如下表：

在本實(shí)施例中，面1的間距是指面1與面2表面之間的中心距離，其他以此類推。

在本實(shí)施例中，所述負(fù)彎月透鏡A、第一雙凸透鏡B及第二雙凸透鏡D均采用的是同一種長(zhǎng)波紅外硫系玻璃制成，在光學(xué)設(shè)計(jì)中，通過(guò)合理分配各鏡片光焦度，采用具有低溫度折射率系數(shù)（dn/dt）特點(diǎn)的紅外硫系玻璃，實(shí)現(xiàn)溫度自適應(yīng)的光學(xué)被動(dòng)消熱差。

在本實(shí)施例中，所述第二雙凸透鏡的D物側(cè)面為非球面。

在本實(shí)施例中，所述非球面滿足下列表達(dá)式：

式中，Z為非球面沿光軸方向在高度為r的位置時(shí)，距非球面頂點(diǎn)的距離矢高；c=1/R，R表示鏡面的近軸曲率半徑；K為圓錐系數(shù)；A、B、C、D為高次非球面系數(shù)。

非球面數(shù)據(jù)如下：

在本實(shí)施例中，鏡頭采用一體的形式將光學(xué)系統(tǒng)安置在主鏡筒內(nèi)，所述主鏡筒內(nèi)部設(shè)置有A片壓圈、AB隔圈、C片壓圈，A片壓圈設(shè)置于負(fù)彎月透鏡A左側(cè)用于將負(fù)彎月透鏡A鎖緊在主鏡筒上，AB隔圈設(shè)置于負(fù)彎月透鏡A、第一雙凸透鏡B之間，C片壓圈第二雙凸透鏡D右側(cè)用于將第二雙凸透鏡D鎖緊在主鏡筒上。

本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到了如下的技術(shù)指標(biāo)：

（1）工作波段：8μm-12μm；（2）焦距：f′=5.0mm；（3）探測(cè)器：長(zhǎng)波紅外非制冷型160*120，25μm；（4）視場(chǎng)角：43.0°（H）×32.4°（V）；（5）相對(duì)孔徑D/ f′：1/1.0；（6）光學(xué)總長(zhǎng)23.0mm。

在本實(shí)施例中，本鏡頭可以與長(zhǎng)波紅外非制冷型160*120 25um探測(cè)器匹配，執(zhí)行測(cè)溫、安防監(jiān)控等任務(wù)。

本發(fā)明具有以下有益效果：鏡頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，克服溫度對(duì)紅外鏡頭成像性能的影響，通過(guò)合理分配各鏡片光焦度，采用具有低溫度折射率系數(shù)（dn/dt）特點(diǎn)的紅外硫系玻璃，實(shí)現(xiàn)溫度自適應(yīng)的光學(xué)被動(dòng)消熱差，使紅外光學(xué)系統(tǒng)能夠在一個(gè)較大的溫度范圍內(nèi)保持良好的成像質(zhì)量，降低了鏡片的加工難度與成本。

本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可以得出其他各種形式的長(zhǎng)波紅外5mm光學(xué)被動(dòng)消熱差鏡頭。凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。