[實用新型]一種基于被動無熱化技術的中波紅外鏡頭

有效

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• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN203630434U
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 趙翠玲;馬萄
• 申請（專利權）人: 河北漢光重工有限責任公司
• 主分類號: G02B13/18
• 分類號: G02B13/18;G02B13/14
• 代理公司: 北京華夏正合知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營;張煥亮

技術領域

本實用新型屬于光學紅外成像系統(tǒng)，尤其涉及一種基于被動無熱化技術的中波紅外鏡頭。

背景技術

在現(xiàn)代軍事戰(zhàn)爭中，具有全天候、高分辨率、打擊精度高的軍事武器顯得越來越重要，紅外光學系統(tǒng)是整個紅外熱成像系統(tǒng)中不可缺少的部分，其主要功能在于收集目標輻射的紅外能量和控制成像質(zhì)量，高精度紅外光學系統(tǒng)須具備以下特點：100%冷光闌效率；系統(tǒng)F數(shù)與探測器匹配；工作溫度范圍內(nèi)進行無熱化設計等。要實現(xiàn)100%冷光闌效率，目前常采用的方式有兩種：一種是將冷光闌直接作為光學系統(tǒng)的孔徑光闌，該方式適用于焦距較短的光學系統(tǒng)；另一種是采用二次成像的方式，該方式適用于焦距較長的光學系統(tǒng)，其缺點是由于增加了轉向鏡組及場鏡，降低了系統(tǒng)的透過率。在光學系統(tǒng)無熱化方面，早期受光學設計工具的局限，多采用機械主動和被動式系統(tǒng)。但綜合起來看，光學被動式技術的綜合效率最高,而且具有質(zhì)量輕、不需供電、可靠性好等特點，但被動無熱化光學系統(tǒng)在設計上有較大難度，由于國內(nèi)在紅外材料、加工能力等多方面的局限性，而且由于軍用光學系統(tǒng)大都工作在較惡劣的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，紅外光學材料的折射率溫度系數(shù)較大，環(huán)境溫度變化會造成紅外光學系統(tǒng)產(chǎn)生熱離焦并導致像質(zhì)降低，尤其是在不使用特殊元件及特殊材料的基礎上在各個溫度范圍內(nèi)要同時校正各種像差，所以要通過少數(shù)的鏡片實現(xiàn)全折射被動無熱化非常困難。

現(xiàn)有技術公開的被動無熱化光學系統(tǒng)有2012年1月24日公開專利號為US8101918B1的美國專利，雖然沒有用到特殊光學元件，但是系統(tǒng)鏡片數(shù)量多且相對口徑較小，只為本系統(tǒng)的1/2。1985年5月19日公開專利號為US4505535的美國專利中，雖然也可實現(xiàn)3μm～5μm波段的光學被動無熱化，但是其沒有使用二次成像方式，不利于壓縮第一物鏡的口徑。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型提供了一種基于被動無熱化技術的中波紅外鏡頭，僅用常用的紅外材料在不使用特殊光學元件的基礎上，使光學系統(tǒng)既解決了100%冷光闌效率、系統(tǒng)F數(shù)與探測器匹配的問題，又能解決在較大溫度范圍內(nèi)系統(tǒng)無熱化的問題。

本實用新型解決其技術問題所采取的技術方案是：光學系統(tǒng)包括正屈光度的第一透鏡、負屈光度的第二透鏡、正屈光度的第三透鏡、正屈光度的第四透鏡、一次像面、正屈光度的第五透鏡、正屈光度的第六透鏡、保護玻璃、光闌和像平面，其特征在于：在同光軸上依次安置有正屈光度的第一透鏡、負屈光度的第二透鏡、正屈光度的第三透鏡、正屈光度的第四透鏡、正屈光度的第五透鏡、正屈光度的第六透鏡、保護玻璃、光闌和像平面，一次像面位于第四透鏡前，第二凸透鏡片的后表面為非球面。

本實用新型提供一種基于被動無熱化技術的中波紅外鏡頭，該中波鏡頭在被動無熱化技術的基礎上，采用二次成像方法、便于與制冷型焦平面探測器相匹配，并能壓縮第一物鏡的口徑，結構緊湊，體積小，透過率高，質(zhì)量輕，成本低，靈敏度高，并且較短的后工作距離有利于提高紅外光學系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在成本降低的同時可靠性還得到了提高。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1為本實用新型結構示意圖；

圖2-圖6為本實用新型分別在-45℃、-20℃、20℃、40℃和60℃下的MTF圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型包括光學系統(tǒng)的正屈光度的第一透鏡1、負屈光度的第二透鏡2、正屈光度的第三透鏡3、一次像面4、正屈光度的第四透鏡5、正屈光度的第五透鏡6、正屈光度的第六透鏡7、保護玻璃8、光闌9和像平面10，光學系統(tǒng)光闌位在探測器的冷屏處，負屈光度的第二透鏡的后表面為非球面。

值得一提的是，本實施例的中波紅外鏡頭僅采用一個非球面，沒有使用特殊光學元件，且結構簡單、尺寸較小、裝配容易、透過率高，冷光闌效率100%。

以下表一內(nèi)容將舉出本實用新型的實施例參數(shù)。

在表一中，曲率半徑是指每個表面的曲率半徑，間距是指兩相鄰表面間的距離，舉例來說，表面S1的間距，即表面S1至表面S2間的距離。備注欄中各透鏡所對應的厚度、玻璃材料請參同列中各間距、玻璃材料對應的數(shù)值。

表二列出負屈光度的第二透鏡的后表面的非球面系數(shù)。

非球面以面定點為基準的光軸方向的位變定義如下：

Z=(1/R)Y^2/[1+【1-(1+K)(Y/R)^2】^1/2]+A(Y^4)+B(Y^6)+C(Y^8)+D(Y^10)