本申請涉及紅外無熱化鏡頭，具體涉及一種基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭。

背景技術(shù)：

1、隨著光電設(shè)備的快速發(fā)展，對共孔徑復(fù)合成像光學(xué)系統(tǒng)的需求日益增加。而分光鏡作為輕量化共孔徑復(fù)合成像系統(tǒng)必不可少的元件，常常為系統(tǒng)帶來較大的像散，需要采取一定的措施進(jìn)行校正。此外，為應(yīng)對復(fù)雜多變的應(yīng)用場景，光學(xué)系統(tǒng)需要滿足無熱化要求，即要求在高溫、常溫和低溫環(huán)境下光學(xué)系統(tǒng)成像像質(zhì)良好。

2、衍射光學(xué)元件能夠通過表面微結(jié)構(gòu)調(diào)制光波波前以實(shí)現(xiàn)像差校正，且具有對溫度不敏感的特性，在無熱化成像光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。但衍射光學(xué)元件校正像散的能力較差，對于使用分光鏡的復(fù)合成像系統(tǒng)來說，僅利用衍射光學(xué)元件難以在校正像散的同時(shí)滿足無熱化要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，本申請旨在提供一種基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，以在校正像散的同時(shí)滿足無熱化要求；包括：

2、沿物方指向像方的方向依次設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡、分光鏡和第三透鏡，其中靠近所述物方的透鏡表面為物側(cè)面，靠近所述像方的透鏡表面為像側(cè)面；

3、所述第一透鏡的物側(cè)面和像側(cè)面均為球面；

4、所述第二透鏡的物側(cè)面為非球面，像側(cè)面為球面；

5、所述分光鏡的物側(cè)面和像側(cè)面均為平面；

6、所述第三透鏡的物側(cè)面為由條紋zernike多項(xiàng)式表征的自由曲面，像側(cè)面為球面；

7、其中，所述自由曲面的頂點(diǎn)曲率半徑為-20.66mm，歸一化半徑為11.98，且所述條紋zernike多項(xiàng)式對應(yīng)的zernike系數(shù)包括但不限于c5＝-1.39×10-8，c6＝0.0652，c7＝2.8525，c8＝-0.0115，c9＝-1.27×10-10，c10＝4.09×10-9，c11＝0.0012，c12＝0.0738，c13＝4.21×10-9，c14＝-0.0013，c15＝0.0014，c16＝7.47×10-11，c17＝1.46×10-9，c18＝-2.29×10-6，c19＝0.004，c20＝0.0028，c21＝-3.45×10-10，c22＝1.08×10-9，c23＝7.67×10-5，c24＝8.4×10-5，c25＝-9.71×10-11，c26＝2.05×10-10，c27＝6.02×10-5，c28＝0.0002。

8、根據(jù)本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述第一透鏡的光學(xué)材料為砷硒鍺，所述第一透鏡的物側(cè)面的曲率半徑為87.1mm，通光口徑范圍為φ86mm-φ87mm；所述第一透鏡的像側(cè)面的曲率半徑為217.98mm，通光口徑范圍為φ82mm-φ83mm；厚度范圍為12.8mm-13mm。

9、根據(jù)本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述第二透鏡的光學(xué)材料為硒化鋅，所述第二透鏡的物側(cè)面的頂點(diǎn)曲率半徑為120.95mm，四階非球面系數(shù)為-9.98×10-8，六階非球面系數(shù)為-1.57×10-11，八階非球面系數(shù)為4.66×10-15，十階非球面系數(shù)為-1.39×10-18，通光口徑范圍為φ78mm-φ79mm；所述第二透鏡的像側(cè)面的曲率半徑為84.68mm，通光口徑范圍為φ72mm-φ73mm；厚度范圍為5.9mm-6.1mm。

10、根據(jù)本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述第一透鏡和所述第二透鏡之間的距離變化范圍為2.1mm-2.3mm。

11、根據(jù)本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述分光鏡的光學(xué)材料為鍺，所述分光鏡的物側(cè)面的通光口徑范圍為φ89mm-φ90mm；所述分光鏡的像側(cè)面的通光口徑范圍為φ95mm-φ96mm；厚度范圍為3.8mm-4mm。

12、根據(jù)本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述第二透鏡和所述分光鏡之間的距離變化范圍為56mm-58mm。

13、根據(jù)本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述第三透鏡的光學(xué)材料為鍺，所述第三透鏡的像側(cè)面的曲率半徑為37.97mm，通光口徑范圍為φ22mm-φ23mm；厚度范圍為7.1mm-7.3mm。

14、根據(jù)本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述分光鏡和所述第三透鏡之間的距離變化范圍為28mm-31mm。

15、根據(jù)本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案，所述紅外無熱化鏡頭的工作紅外波段為8.0μm-14.0μm。

16、綜上所述，本申請?zhí)岢鲆环N基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，包括沿物方指向像方的方向依次設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡、分光鏡和第三透鏡；第一透鏡的物側(cè)面和像側(cè)面均為球面；第二透鏡的物側(cè)面為非球面，像側(cè)面為球面；分光鏡的物側(cè)面和像側(cè)面均為平面；第三透鏡的物側(cè)面為由條紋zernike多項(xiàng)式表征的自由曲面，像側(cè)面為球面；其中，自由曲面的頂點(diǎn)曲率半徑為-20.66mm，歸一化半徑為11.98，且條紋zernike多項(xiàng)式對應(yīng)的zernike系數(shù)包括但不限于c5＝-1.39×10-8，c6＝0.0652，c7＝2.8525，c8＝-0.0115，c9＝-1.27×10-10，c10＝4.09×10-9，c11＝0.0012，c12＝0.0738，c13＝4.21×10-9，c14＝-0.0013，c15＝0.0014，c16＝7.47×10-11，c17＝1.46×10-9，c18＝-2.29×10-6，c19＝0.004，c20＝0.0028，c21＝-3.45×10-10，c22＝1.08×10-9，c23＝7.67×10-5，c24＝8.4×10-5，c25＝-9.71×10-11，c26＝2.05×10-10，c27＝6.02×10-5，c28＝0.0002。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的有益效果在于：本申請的第三透鏡的物側(cè)面采用由條紋zernike多項(xiàng)式表征的自由曲面，其獨(dú)特的形狀以及精確的zernike系數(shù)可以有效地對軸上像差和軸外像差進(jìn)行校正，這種自由曲面具有很高的設(shè)計(jì)自由度，因此，自由曲面透鏡能夠替代多片普通透鏡校正光學(xué)系統(tǒng)的像差，從而實(shí)現(xiàn)減小鏡頭體積和重量的效果。

技術(shù)特征：

1.一種基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，其特征在于：所述第一透鏡(1)的光學(xué)材料為砷硒鍺，所述第一透鏡(1)的物側(cè)面的曲率半徑為87.1mm，通光口徑范圍為φ86mm-φ87mm；所述第一透鏡(1)的像側(cè)面的曲率半徑為217.98mm，通光口徑范圍為φ82mm-φ83mm；厚度范圍為12.8mm-13mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，其特征在于：所述第二透鏡(2)的光學(xué)材料為硒化鋅，所述第二透鏡(2)的物側(cè)面的頂點(diǎn)曲率半徑為120.95mm，四階非球面系數(shù)為-9.98×10-8，六階非球面系數(shù)為-1.57×10-11，八階非球面系數(shù)為4.66×10-15，十階非球面系數(shù)為-1.39×10-18，通光口徑范圍為φ78mm-φ79mm；所述第二透鏡(2)的像側(cè)面的曲率半徑為84.68mm，通光口徑范圍為φ72mm-φ73mm；厚度范圍為5.9mm-6.1mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，其特征在于：所述第一透鏡(1)和所述第二透鏡(2)之間的距離變化范圍為2.1mm-2.3mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，其特征在于：所述分光鏡(3)的光學(xué)材料為鍺，所述分光鏡(3)的物側(cè)面的通光口徑范圍為φ89mm-φ90mm；所述分光鏡(3)的像側(cè)面的通光口徑范圍為φ95mm-φ96mm；厚度范圍為3.8mm-4mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，其特征在于：所述第二透鏡(2)和所述分光鏡(3)之間的距離變化范圍為56mm-58mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，其特征在于：所述第三透鏡(4)的光學(xué)材料為鍺，所述第三透鏡(4)的像側(cè)面的曲率半徑為37.97mm，通光口徑范圍為φ22mm-φ23mm；厚度范圍為7.1mm-7.3mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，其特征在于：所述分光鏡(3)和所述第三透鏡(4)之間的距離變化范圍為28mm-31mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，其特征在于：所述紅外無熱化鏡頭的工作紅外波段為8.0μm-14.0μm。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N基于自由曲面透鏡的紅外無熱化鏡頭，包括沿物方指向像方的方向依次設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡、分光鏡和第三透鏡；第一透鏡的物側(cè)面和像側(cè)面均為球面；第二透鏡的物側(cè)面為非球面，像側(cè)面為球面；分光鏡的物側(cè)面和像側(cè)面均為平面；第三透鏡的物側(cè)面為由條紋Zernike多項(xiàng)式表征的自由曲面，像側(cè)面為球面；第三透鏡的物側(cè)面采用由條紋Zernike多項(xiàng)式表征的自由曲面，自由曲面透鏡在軸上像差(如球差)和軸外像差(如像散)校正方面均有出色表現(xiàn)，因此該鏡頭僅使用三片透鏡即實(shí)現(xiàn)對使用分光鏡的復(fù)合成像系統(tǒng)的像差校正，同時(shí)還能夠在?55℃～85℃溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無熱化。

技術(shù)研發(fā)人員：來笑笑,雷麗,林晶,徐大維
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：2024/12/10