本發(fā)明涉及一種大口徑消熱差長(zhǎng)波紅外鏡頭，尤其是一種在寬溫度范圍內(nèi)具有光學(xué)被動(dòng)消熱差性能可廣泛適用于車載夜視和安防監(jiān)控領(lǐng)域的長(zhǎng)波紅外鏡頭。
背景技術(shù)：
：長(zhǎng)波非制冷型熱像儀由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、功耗小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于車載、安防等領(lǐng)域。但是由于非制冷型熱像儀的熱敏感度低，要求紅外鏡頭具有口徑大，透過(guò)率高的特點(diǎn)。然而紅外晶體材料的吸收率和反射率都高于普通玻璃材料，因此隨著透鏡數(shù)的增加，長(zhǎng)波紅外系統(tǒng)的透過(guò)率會(huì)大幅度降低，影響成像質(zhì)量。在現(xiàn)有公開(kāi)技術(shù)中，一般長(zhǎng)波紅外鏡頭采用3片到5片透鏡方案，如文獻(xiàn)1(cn103852863a)和文獻(xiàn)2(cn103809271b)所公開(kāi)的紅外光學(xué)鏡頭中，由于分別采用3片和5片紅外晶體材料所構(gòu)成，因而不利于獲得明亮的圖像。另一方面，長(zhǎng)波紅外鏡頭由于用途特殊，需要經(jīng)受非常大的環(huán)境溫度變化。當(dāng)環(huán)境溫度從-40℃到+60℃變化中，由于光學(xué)、機(jī)械材料的熱脹冷縮以及光學(xué)材料的溫度折射系數(shù)變化使透鏡屈光力發(fā)生變化，產(chǎn)生離焦，使成像質(zhì)量劣化。例如文獻(xiàn)3(cn104459949a)中雖然采用2片透鏡設(shè)計(jì)了大口徑長(zhǎng)波紅外鏡頭，但是由于沒(méi)有考慮到溫度變化所造成的像質(zhì)劣化，因此不適用于寬溫度范圍的環(huán)境使用。因此需要一種長(zhǎng)波紅外鏡頭，在設(shè)計(jì)時(shí)采用消熱差技術(shù)使其在寬溫度范圍內(nèi)工作時(shí)不發(fā)生像面漂移，保證良好的成像質(zhì)量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明中，為了解決上述長(zhǎng)波紅外鏡頭中存在的問(wèn)題點(diǎn)，其目的在于提供一種大口徑長(zhǎng)波紅外鏡頭，既滿足透鏡數(shù)少，透過(guò)率高，又能在寬溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)被動(dòng)消熱差特性滿足成像質(zhì)量要求。為了解決上述課題且達(dá)到目的，本發(fā)明的大口徑消熱差長(zhǎng)波紅外鏡頭，從物體側(cè)起順次配置如下光學(xué)元件：第一透鏡組、第二透鏡組，所述第一透鏡組為凸面朝向物方側(cè)的具有負(fù)屈光力的彎月形透鏡，所述第二透鏡組為凸面朝向像方側(cè)的具有正屈光力的彎月形透鏡，所述鏡頭滿足下述條件式1×10-5<dn1/dt-dn2/dt<1×10-4(1)其中，dn1/dt為所述第一透鏡材料的折射率溫度系數(shù)，dn2/dt為所述第二透鏡材料的折射率溫度系數(shù)。條件式(1)是用于使整個(gè)鏡頭在溫度變化時(shí)，第一透鏡和第二透鏡的屈光力在一定范圍內(nèi)變化。當(dāng)小于條件(1)的下限時(shí)，第一透鏡和第二透鏡屈光力的變化差值過(guò)小，不利于校正由機(jī)械間隔變化而引起的像面偏移。當(dāng)大于條件式(1)的上限時(shí)，則會(huì)造成第一透鏡和第二透鏡的屈光力變化過(guò)大，產(chǎn)生球差和慧差造成整個(gè)系統(tǒng)的成像性能低下。優(yōu)選地，所述第一透鏡組滿足下述條件式-50<α1-dn1/dt/(n1-1)<5(2)其中，α1為所述第一透鏡材料的熱膨脹系數(shù)，n1為所述第一透鏡材料的折射率。條件式(2)是用于使第一透鏡組在溫度變化時(shí)，像面在一定范圍內(nèi)移動(dòng)。當(dāng)小于條件式(2)的下限時(shí)，像面位置的前移量太大，造成整個(gè)系統(tǒng)的成像性能低下。當(dāng)大于條件式(2)的上限時(shí)，像面位置后移無(wú)法補(bǔ)償機(jī)械結(jié)構(gòu)所引起的像面移動(dòng)，造成整個(gè)系統(tǒng)的成像性能低下。優(yōu)選地，本發(fā)明的大口徑消熱差長(zhǎng)波紅外鏡頭滿足第一透鏡組和第二透鏡組采用硫系玻璃材料。硫系玻璃的折射率溫度系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鍺等紅外材料，因此利用硫系玻璃能夠有效抑制由溫差變化所引起的像面移動(dòng)。優(yōu)選地，所述第一透鏡組的焦距和光學(xué)系統(tǒng)的焦距滿足下述條件式-4<f1/f<-1(3)其中，f1為所述第一透鏡組的焦距，f為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距。條件式(3)是用于使整個(gè)鏡頭的尺寸小型化的條件。當(dāng)小于條件式(3)的下限時(shí)，由于第一透鏡組的屈光力過(guò)小，造成整個(gè)系統(tǒng)尺寸過(guò)大。當(dāng)大于條件式(3)的上限時(shí)，由于第一透鏡組的屈光力過(guò)大，產(chǎn)生的球差難以校正，造成整個(gè)系統(tǒng)的成像性能低下。優(yōu)選地，所述第一透鏡組靠近像側(cè)面和所述第二透鏡組靠近物側(cè)面含有衍射面結(jié)構(gòu)。衍射面結(jié)構(gòu)不僅能夠校正色差和二級(jí)光譜，也能夠減輕溫度所引起的焦點(diǎn)變化，因?yàn)樵谕哥R面上設(shè)置衍射面結(jié)構(gòu)能夠更好地獲得畫質(zhì)良好的長(zhǎng)波紅外圖像。根據(jù)本發(fā)明所起到的效果是：提供一種大口徑消熱差長(zhǎng)波紅外鏡頭，在寬溫度范圍內(nèi)能夠無(wú)需調(diào)焦?jié)M足高質(zhì)量成像，具有鏡片數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，透過(guò)率高的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，硫系玻璃在大批量生產(chǎn)中可以采用精密模壓，非球面和衍射面結(jié)構(gòu)的加工難度大為降低，可以減輕鏡頭加工成本，具有廣泛的應(yīng)用前景。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的沿光軸的剖面圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的諸像差圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1在20℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例1在-40℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例1在60℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例2的沿光軸的剖面圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例2的諸像差圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例2在20℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖9是本發(fā)明實(shí)施例2在-40℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖10是本發(fā)明實(shí)施例2在60℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖11是本發(fā)明實(shí)施例3的沿光軸的剖面圖。圖12是本發(fā)明實(shí)施例3的諸像差圖。圖13是本發(fā)明實(shí)施例3在20℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖14是本發(fā)明實(shí)施例3在-40℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖15是本發(fā)明實(shí)施例3在60℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖16是本發(fā)明實(shí)施例4的沿光軸的剖面圖。圖17是本發(fā)明實(shí)施例4的諸像差圖。圖18是本發(fā)明實(shí)施例4在20℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖19是本發(fā)明實(shí)施例4在-40℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。圖20是本發(fā)明實(shí)施例4在60℃的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。符號(hào)說(shuō)明：g11g21g31g41第一透鏡組；g12g22g32g42第二透鏡組；img成像面；st孔徑光闌。具體實(shí)施方式以下，基于附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的大口徑消熱差長(zhǎng)波紅外鏡頭的實(shí)施例。在透鏡數(shù)據(jù)中，折射率及焦距為在波長(zhǎng)10μm下的值。其中，光學(xué)鏡頭相關(guān)數(shù)值中，長(zhǎng)度的單位為mm時(shí)，將省略示出其單位。實(shí)施例1圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例1沿光軸的剖面圖。該鏡頭從物體側(cè)順次配置有具有負(fù)屈光力的第一透鏡g11、位于第一透鏡像側(cè)的孔徑光闌st，具有正屈光力的第二透鏡g12，以及成像面img。表1列出了本發(fā)明實(shí)施例1的具體透鏡數(shù)據(jù)。表1所示的透鏡數(shù)據(jù)如下：在各透鏡的每個(gè)面編號(hào)(si)均列出各透鏡的類型、曲率半徑(ri)、面間隔(di)，折射率，有效半徑。另外，若透鏡面為非球面時(shí)，在面型一欄內(nèi)填入“asp”,若透鏡面為衍射結(jié)構(gòu)面時(shí)，在面型一欄內(nèi)填入“doe”。此外，這些事項(xiàng)在表4，表7，表10中也同樣。以下，示出關(guān)于實(shí)施例1的長(zhǎng)波紅外鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。表1光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)面編號(hào)類型曲率半徑間隔材料折射率有效半徑1asp42.8502.82.496515.7842asp，doe17.4193.2854.3213stinf6.554.9654asp，doe-60.288062.6088711.7115asp-14.257510.8466inf11.3657.9327img4.5對(duì)于表1中所示的非球面，表2示出具體非球面數(shù)據(jù)。非球面形狀的表達(dá)式用下面的方程式表示，其中，垂直于光軸的高度為h，以透鏡面頂部為原點(diǎn)時(shí)高度h在光軸方向的矢位量為x(h)，面頂部曲率半徑為r，圓錐系數(shù)為k，a,b,c,d,e為高次非球面系數(shù)。此外，這些事項(xiàng)在表5，表8，表11中也同樣。表2非球面數(shù)據(jù)面編號(hào)kbcde1+0.0+5.8075e-04-1.3271e-06-3.2958e-08+8.5009e-102+11.437+7.3476e-04+1.3398e-05-3.7443e-07+6.0696e-094+0.0-4.9123e-05-1.6440e-09+8.7797e-10-2.3638e-125-1.370-4.3098e-05-9.7202e-08-5.6039e-11-4.2441e-13對(duì)于表1中所示的衍射面，表3示出具體衍射面數(shù)據(jù)。衍射面結(jié)構(gòu)是，根據(jù)光程差函數(shù)φ(h)的分布，每當(dāng)光程差為設(shè)計(jì)波長(zhǎng)λ的2π整數(shù)倍時(shí)，在基板面形成剖面為鋸齒狀的環(huán)形光闌面。因此，將衍射面的形狀通過(guò)下述光程差函數(shù)φ(h)和相對(duì)于附加衍射光學(xué)元見(jiàn)面的基準(zhǔn)面的切削量(dz)的方程式來(lái)定義。其中，c1～c5為衍射面系數(shù)，n為基板的折射率。對(duì)于表1所示的衍射結(jié)構(gòu)面，表3列出其衍射系數(shù)。此外，這些事項(xiàng)在表6，表9、表12頁(yè)同樣。表3衍射面數(shù)據(jù)面編號(hào)c1c2c3c4c52+0.0007+6.76589e-05-1.26945e-05+9.47837e-07-2.24955e-084-0.0009+1.20955e-06-1.19007e-08+1.50644e-10-5.29248e-13實(shí)施例2圖6所示為本發(fā)明實(shí)施例2沿光軸的剖面圖。該鏡頭從物體側(cè)順次配置有具有負(fù)屈光力的第一透鏡g21、位于第一透鏡像側(cè)的孔徑光闌st，具有正屈光力的第二透鏡g22，以及成像面img。表4列出了本發(fā)明實(shí)施例2的具體透鏡數(shù)據(jù)，表5列出非球面系數(shù)，表6列出衍射面系數(shù)。。以下，示出關(guān)于實(shí)施例2的長(zhǎng)波紅外鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。表4光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)面編號(hào)類型曲率半徑間隔材料折射率有效半徑1asp9.6042.802.7787.4912asp，doe6.9744.7476.3233stinf2.2396.2564asp，doe906.11949.2582.60908.0345asp-19.786510.1406inf10.9577.7477img4.5表5非球面數(shù)據(jù)面編號(hào)kbcde1+1.0000-1.08930e-04-1.64362e-06-3.51570e-08-1.44863e-112-0.5583+3.58933e-04-3.64403e-06-1.47535e-07+1.82643e-094+1.0000-5.22981e-05-2.19173e-07+6.97727e-10-8.83749e-125-0.5817-4.24073e-05-5.48258e-08-2.36760e-10-8.53447e-13表6衍射面數(shù)據(jù)面編號(hào)c1c2c3c4c52+0.0004-1.12662e-05+1.22851e-06-3.68934e-08+3.80916e-104-0.0009+7.47619e-07-1.25142e-07+2.34275e-09-1.47419e-11實(shí)施例3圖11所示為本發(fā)明實(shí)施例3沿光軸的剖面圖。該鏡頭從物體側(cè)順次配置有具有負(fù)屈光力的第一透鏡g31、位于第一透鏡像側(cè)的孔徑光闌st，具有正屈光力的第二透鏡g32，以及成像面img。表7列出了本發(fā)明實(shí)施例3的具體透鏡數(shù)據(jù)，表8列出非球面系數(shù)，表9列出衍射面系數(shù)。。以下，示出關(guān)于實(shí)施例3的長(zhǎng)波紅外鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。表7光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)面編號(hào)類型曲率半徑間隔材料折射率有效半徑1asp9.8742.802.78677.2782asp，doe7.2464.6566.2943stinf2.3446.2084asp，doe-338.38999.1792.7787.5745asp-20.694510.0526inf11.0217.5387img4.5表8非球面數(shù)據(jù)面編號(hào)kbcde1+1.0000-9.51287e-05-1.42803e-06-3.40230e-08+9.16346e-132-0.6279+3.66325e-04-3.26837e-06-1.38851e-07+1.61113e-094+1.0000-5.19241e-05-2.20892e-07+6.99638e-10-8.13926e-125-0.6427-4.21188e-05-4.65496e-08-2.36610e-10-5.26118e-13表9衍射面數(shù)據(jù)面編號(hào)c1c2c3c4c52+0.0004-1.26783e-05+1.29773e-06-3.87636e-08+4.01265e-104-0.0010+1.11002e-06-1.55068e-07+2.86278e-09-1.81231e-11實(shí)施例4圖16所示為本發(fā)明實(shí)施例4沿光軸的剖面圖。該鏡頭從物體側(cè)順次配置有具有負(fù)屈光力的第一透鏡g41、位于第一透鏡像側(cè)的孔徑光闌st，具有正屈光力的第二透鏡g42，以及成像面img。表10列出了本發(fā)明實(shí)施例4的具體透鏡數(shù)據(jù)，表11列出非球面系數(shù)，表12列出衍射面系數(shù)。接著，表13示出了實(shí)施例1～4中整個(gè)系統(tǒng)的焦距f，上述條件式(1)～(3)的值表10光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)面編號(hào)類型曲率半徑間隔材料折射率有效半徑1asp9.6792.802.6037.2782asp，doe6.9414.6256.2943stinf2.7916.2084asp，doe-351.78499.1692.77807.5745asp-19.859510.0526inf10.6157.5387img4.5表11非球面數(shù)據(jù)面編號(hào)kbcde1+1.0000-1.07213e-04-1.60854e-06-3.55677e-08-2.88459e-122-0.5403+3.82537e-04-3.08296e-06-1.41118e-07+1.67223e-094+1.0000-6.12634e-05-2.55777e-07+2.18099e-10+4.86225e-125-0.5297-4.34703e-05-4.96126e-08-2.59862e-10+7.68089e-14表12衍射面數(shù)據(jù)面編號(hào)c1c2c3c4c52+0.0004-9.98934e-06+1.38309e-06-4.69471e-08+5.72929e-104-0.0010+2.63072e-06-1.97163e-07+3.26230e-09-1.82534e-11表13條件式數(shù)據(jù)實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4焦距f10.015.3215.2614.21條件式(1)4.74e-051.23e-057.06e-052.70e-05條件式(2)-31.402.67-44.48-22.99條件式(3)-2.04-3.05-3.05-2.82需要注意的是，上述表格中的具體參數(shù)僅僅是例示性的，各透鏡的參數(shù)不限于由上述各數(shù)值實(shí)施例所示出的值，可以采用其他的值，都可以達(dá)到類似的技術(shù)效果。雖然上面描述了本發(fā)明的原理以及具體實(shí)施方式，但是，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。當(dāng)前第1頁(yè)12