[發(fā)明專利]紅外成像鏡頭的設(shè)計(jì)方法及無調(diào)焦制冷型紅外成像鏡頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410186359.2
• 申請(qǐng)日: 2014-05-05
• 公開（公告）號(hào): CN103969801B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭晴晴;張興德;楊加強(qiáng);李榮剛;劉琳;孫昌峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十一研究所
• 主分類號(hào): G02B13/14
• 分類號(hào): G02B13/14;G02B13/18;G02B1/00;G01J5/08
• 代理公司: 工業(yè)和信息化部電子專利中心11010
• 代理人: 田衛(wèi)平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紅外成像領(lǐng)域，特別是涉及一種紅外成像鏡頭的設(shè)計(jì)方法及無調(diào)焦制冷型紅外成像鏡頭。

背景技術(shù)

在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)需要為光學(xué)鏡頭設(shè)置物距，當(dāng)物距變化在景深范圍內(nèi)時(shí)，其仍舊能清晰成像；當(dāng)物距變化超過景深范圍時(shí)，就需要調(diào)節(jié)調(diào)焦機(jī)構(gòu)來使得像面與探測(cè)器平面重合。根據(jù)物距與景深的關(guān)系，物距越遠(yuǎn)，景深越大。在無窮遠(yuǎn)物距系統(tǒng)中，由于物距遠(yuǎn)、景深大，因此在一定物距范圍內(nèi)成像可以不調(diào)焦或者調(diào)焦量比較小；而在近景成像中，由于物距減小導(dǎo)致景深減小，景深過小時(shí)不能保證近景和遠(yuǎn)景同時(shí)清晰成像。為了看清不同距離的目標(biāo)，就需要進(jìn)行調(diào)焦，且調(diào)焦量遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)距離成像系統(tǒng)。同時(shí)，溫度變化也會(huì)導(dǎo)致像面漂移和成像質(zhì)量下降，一般系統(tǒng)也是通過調(diào)焦機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償。

某些近距離應(yīng)用中，近景探測(cè)熱像儀在探測(cè)時(shí)無法預(yù)知所關(guān)注的事物將出現(xiàn)在距離鏡頭多遠(yuǎn)的位置，只能將對(duì)焦點(diǎn)設(shè)置在某一固定位置處，如果其景深不能覆蓋探測(cè)范圍內(nèi)的所有位置，一旦目標(biāo)物偏離較遠(yuǎn)，不調(diào)焦就無法對(duì)所關(guān)注的目標(biāo)清晰成像。

眾所周知一般的成像鏡頭都需要調(diào)焦機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)焦，有兩方面的原因，一是由于物距變化導(dǎo)致的像面偏移；二是溫度變化導(dǎo)致的像面偏移。

在制冷型、近景成像紅外光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，由于物距越小時(shí)，其變化造成的像面偏移越大，導(dǎo)致近景成像鏡頭的調(diào)焦量比較大。調(diào)焦量大在制冷型紅外系統(tǒng)中會(huì)導(dǎo)致一些問題：一是在制冷型系統(tǒng)中由于調(diào)焦量大而使系統(tǒng)的冷像發(fā)生顯著變化，不容易消除；二是調(diào)焦機(jī)構(gòu)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了可靠性和使用的便捷性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種紅外成像鏡頭的設(shè)計(jì)方法及無調(diào)焦制冷型紅外成像鏡頭，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中，只能將對(duì)焦點(diǎn)設(shè)置在某一固定位置處，如果其景深不能覆蓋探測(cè)范圍內(nèi)的所有位置，一旦目標(biāo)物偏離較遠(yuǎn)，不調(diào)焦就無法對(duì)所關(guān)注的目標(biāo)清晰成像的問題。

為解決上述技術(shù)問題，一方面，本發(fā)明提供一種紅外成像鏡頭的設(shè)計(jì)方法，包括：根據(jù)鏡頭焦距f、相對(duì)孔徑F和基準(zhǔn)物距L之間的相對(duì)關(guān)系設(shè)置N組透鏡，以使得入射光通過所述N組透鏡進(jìn)行調(diào)整，其中，N≥3，且每組透鏡之間均采用不同的紅外光學(xué)材料，不同紅外光學(xué)材料的透鏡組之間需滿足如下條件：不同材料透鏡組的光焦度的和等于鏡頭的總光焦度；不同材料的光焦度與熱差系數(shù)的乘積的和等于零；不同材料的光焦度與阿貝數(shù)之比的和等于零；通過制冷型紅外探測(cè)器將調(diào)整后的所述入射光進(jìn)行成像。

進(jìn)一步，按照如下公式確定鏡頭焦距f、相對(duì)孔徑F和基準(zhǔn)物距L之間的相對(duì)關(guān)系：0<δFf(f-L)-f2LδF(f-L)-f2≤L1<L<L2≤δFf(f-L)+f2LδF(f-L)+f2,]]>其中，δ為彌散圓直徑，L₁為成像工作距離的近點(diǎn)，L₂為成像工作距離的遠(yuǎn)點(diǎn)。