本發(fā)明屬于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，涉及一種長波紅外成像光學(xué)鏡頭，特別是一種適用于低成本大相對孔徑的長波紅外廣角光學(xué)鏡頭。

背景技術(shù)：

1、隨著技術(shù)的發(fā)展，紅外非制冷型光學(xué)系統(tǒng)以其低成本、輕重量、小體積、低功耗、高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用在航天、航空、檢測和監(jiān)測等各個(gè)領(lǐng)域。由于紅外非制冷探測器具有靈敏性較低的缺點(diǎn)，因此要求光學(xué)鏡頭具有較強(qiáng)的集光能力(即具有大的相對孔徑)來彌補(bǔ)這一不足。

2、近年來，紅外廣角光學(xué)系統(tǒng)因其具有全空域包容、全時(shí)域?qū)崟r(shí)的感知能力，日益受到重視。紅外廣角光學(xué)系統(tǒng)可以單機(jī)同時(shí)檢測90°以上的視場區(qū)域，有著廣闊的發(fā)展前景。

3、國內(nèi)外已有多家科研單位對長波紅外廣角光學(xué)鏡頭展開了深入的研究，但少有同時(shí)具有低成本、大相對孔徑、大視場等特點(diǎn)的長波紅外光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)發(fā)明目的

2、本發(fā)明的目的是：提供一種既具有寬溫度范圍內(nèi)被動(dòng)無熱化的功能，又具有低成本、大相對孔徑的長波紅外廣角光學(xué)鏡頭。

3、(二)技術(shù)方案

4、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，包括沿光路方向依次布置的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3和第四透鏡4，第四透鏡4后側(cè)布置探測器5，所述第一透鏡1和第二透鏡2的前表面均為非球面，后表面均為球面；所述第三透鏡3和第四透鏡4的前表面均為球面，后表面均為非球面。

5、所述非球面透鏡形狀滿足如下函數(shù)：

6、

7、其中：z是矢高，c是頂點(diǎn)處的基本曲率，k是圓錐曲線系數(shù)，h是從光軸垂直度量的徑向坐標(biāo)，h2＝x2+y2，ah4、bh6、ch8和dh10是非球面的高次項(xiàng)，a、b、c、d是高次項(xiàng)系數(shù)。

8、根據(jù)光路走向，規(guī)定圖中所有光學(xué)元件左側(cè)表面為前表面，右側(cè)表面為后表面。

9、所述的第一透鏡1前表面為非球面，頂點(diǎn)半徑為22mm～24mm，非球面系數(shù)為a＝4.649904e-5，b＝-1.313478e-7，c＝6.795837e-10，d＝8.550418e-13，后表面為球面，半徑為12mm～13mm，通光口徑依次為φ25mm和φ19mm，厚度范圍為3mm～4mm，光學(xué)材料為單晶鍺。

10、第二透鏡2前表面為非球面，頂點(diǎn)半徑為45.5mm～46.5mm，非球面系數(shù)為a＝-1.01439e-4，b＝1.079422e-6，c＝-3.507368e-8，d＝3.092601e-10，后表面為球面，半徑為39.5mm～40.5mm，通光口徑依次為φ15mm和φ14mm，厚度范圍為2mm～3mm，光學(xué)材料為單晶鍺。

11、第三透鏡3前表面為球面，半徑為-27mm～-26mm，后表面為非球面，頂點(diǎn)半徑為-17.5mm～-16.5mm，非球面系數(shù)為a＝3.613457e-5，b＝1.666735e-7，c＝1.422473e-9，d＝-2.818328e-11，通光口徑依次為φ11.5mm和φ12.5mm，厚度范圍為1.5mm～2.5mm，光學(xué)材料為硫系玻璃。

12、第四透鏡4前表面為球面，半徑為84mm～85mm，后表面為非球面，頂點(diǎn)半徑為-26mm～-27mm，非球面系數(shù)為a＝4.128991e-5，b＝-1.347745e-7，c＝5.546196e-10，d＝-1.111432e-12，通光口徑依次為φ22.7mm和φ23mm，厚度范圍為4.5mm～5.5mm，光學(xué)材料為硫系玻璃。

13、第一透鏡1和第二透鏡2之間的距離為5.67mm～5.82mm；第二透鏡2和第三透鏡3之間的距離為9.8mm～10.2mm；第三透鏡3和第四透鏡4之間的距離為10mm～10.2mm。

14、(三)有益效果

15、上述技術(shù)方案所提供的低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，由4片透鏡組成，工作波段8μm～14μm，使用長波非制冷探測器，光學(xué)鏡頭不僅具有低成本、大相對孔徑、大視場的特點(diǎn)，而且具有在－40℃～+80℃寬溫度范圍內(nèi)被動(dòng)無熱化的功能；采用了單晶鍺和硫系玻璃兩種紅外材料，使用了4個(gè)非球面，成像質(zhì)量接近衍射極限；光學(xué)鏡頭具有成像質(zhì)量高、體積小、重量輕、成本低、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，適用于批量化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，其特征在于，包括：包括沿光路方向依次布置的第一透鏡(1)、第二透鏡(2)、第三透鏡(3)和第四透鏡(4)，第四透鏡(4)后側(cè)布置探測器(5)，所述第一透鏡(1)和第二透鏡(2)的前表面均為非球面，后表面均為球面；所述第三透鏡(3)和第四透鏡(4)的前表面均為球面，后表面均為非球面；其中，光學(xué)元件入光側(cè)表面為前表面，出光側(cè)表面為后表面。。

2.如權(quán)利要求1所述的低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述非球面形狀滿足如下函數(shù)：

3.如權(quán)利要求2所述的低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述的第一透鏡(1)前表面為非球面，頂點(diǎn)半徑為22mm～24mm，非球面系數(shù)為a＝4.649904e-5，b＝-1.313478e-7，c＝6.795837e-10，d＝8.550418e-13，后表面為球面，半徑為12mm～13mm，通光口徑依次為φ25mm和φ19mm，厚度范圍為3mm～4mm。

4.如權(quán)利要求3所述的低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述的第二透鏡(2)前表面為非球面，頂點(diǎn)半徑為45.5mm～46.5mm，非球面系數(shù)為a＝-1.01439e-4，b＝1.079422e-6，c＝-3.507368e-8，d＝3.092601e-10，后表面為球面，半徑為39.5mm～40.5mm，通光口徑依次為φ15mm和φ14mm，厚度范圍為2mm～3mm。

5.如權(quán)利要求4所述的低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述的第三透鏡(3)前表面為球面，半徑為-27mm～-26mm，后表面為非球面，頂點(diǎn)半徑為-17.5mm～-16.5mm，非球面系數(shù)為a＝3.613457e-5，b＝1.666735e-7，c＝1.422473e-9，d＝-2.818328e-11，通光口徑依次為φ11.5mm和φ12.5mm，厚度范圍為1.5mm～2.5mm。

6.如權(quán)利要求5所述的低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述的第四透鏡(4)前表面為球面，半徑為84mm～85mm，后表面為非球面，頂點(diǎn)半徑為-26mm～-27mm，非球面系數(shù)為a＝4.128991e-5，b＝-1.347745e-7，c＝5.546196e-10，d＝-1.111432e-12，通光口徑依次為φ22.7mm和φ23mm，厚度范圍為4.5mm～5.5mm。

7.如權(quán)利要求6所述的低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述的第一透鏡(1)和第二透鏡(2)的光學(xué)材料為單晶鍺，第三透鏡(3)和第四透鏡(4)的光學(xué)材料為硫系玻璃。

8.如權(quán)利要求7所述的低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述的第一透鏡(1)和第二透鏡(2)之間的距離為5.67mm～5.82mm。

9.如權(quán)利要求8所述的低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述的第二透鏡(2)和第三透鏡(3)之間的距離為9.8mm～10.2mm。

10.如權(quán)利要求9所述的低成本大相對孔徑長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述的第三透鏡(3)和第四透鏡(4)之間的距離為10mm～10.2mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于一種光學(xué)系統(tǒng)，具體涉及一種低成本大相對孔徑的長波紅外廣角光學(xué)鏡頭，包括同軸排列第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡，所述透鏡之間采用鋁合金鏡筒聯(lián)結(jié)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，光學(xué)鏡頭不僅具有低成本、大相對孔徑、大視場的特點(diǎn)，而且具有寬溫度范圍內(nèi)被動(dòng)無熱化的功能，適用于紅外長波非制冷型探測器。光學(xué)鏡頭成像質(zhì)量高、體積小、重量輕、成本低、結(jié)構(gòu)簡單，適用于批量化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：雷麗,來笑笑,董冰,張瑞旺,王梓楠,陶玉,趙侃
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津津航技術(shù)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14