[發明專利]一種大口徑消熱差長波紅外鏡頭

在審

• 申請號: 201710388104.8
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107144946A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 虞翔;劉云芳;張友偉;張慧卿;鄭列華;湯心溢
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G02B13/14
• 分類號: G02B13/14;G02B1/00;G02B5/18
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所31311
• 代理人: 李秀蘭

技術領域

本發明涉及一種大口徑消熱差長波紅外鏡頭，尤其是一種在寬溫度范圍內具有光學被動消熱差性能可廣泛適用于車載夜視和安防監控領域的長波紅外鏡頭。

背景技術

長波非制冷型熱像儀由于具有結構緊湊、功耗小、成本低等優點，廣泛應用于車載、安防等領域。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，透過率高的特點。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，因此隨著透鏡數的增加，長波紅外系統的透過率會大幅度降低，影響成像質量。在現有公開技術中，一般長波紅外鏡頭采用3片到5片透鏡方案，如文獻1(CN 103852863A)和文獻2(CN 103809271B)所公開的紅外光學鏡頭中，由于分別采用3片和5片紅外晶體材料所構成，因而不利于獲得明亮的圖像。

另一方面，長波紅外鏡頭由于用途特殊，需要經受非常大的環境溫度變化。當環境溫度從-40℃到+60℃變化中，由于光學、機械材料的熱脹冷縮以及光學材料的溫度折射系數變化使透鏡屈光力發生變化，產生離焦，使成像質量劣化。例如文獻3(CN 104459949A)中雖然采用2片透鏡設計了大口徑長波紅外鏡頭，但是由于沒有考慮到溫度變化所造成的像質劣化，因此不適用于寬溫度范圍的環境使用。因此需要一種長波紅外鏡頭，在設計時采用消熱差技術使其在寬溫度范圍內工作時不發生像面漂移，保證良好的成像質量。

發明內容

本發明中，為了解決上述長波紅外鏡頭中存在的問題點，其目的在于提供一種大口徑長波紅外鏡頭，既滿足透鏡數少，透過率高，又能在寬溫度范圍內實現系統被動消熱差特性滿足成像質量要求。

為了解決上述課題且達到目的，本發明的大口徑消熱差長波紅外鏡頭，從物體側起順次配置如下光學元件：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的具有負屈光力的彎月形透鏡，所述第二透鏡組為凸面朝向像方側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，dn₂/dt為所述第二透鏡材料的折射率溫度系數。

條件式(1)是用于使整個鏡頭在溫度變化時，第一透鏡和第二透鏡的屈光力在一定范圍內變化。當小于條件(1)的下限時，第一透鏡和第二透鏡屈光力的變化差值過小，不利于校正由機械間隔變化而引起的像面偏移。當大于條件式(1)的上限時，則會造成第一透鏡和第二透鏡的屈光力變化過大，產生球差和慧差造成整個系統的成像性能低下。

優選地，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，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，像面在一定范圍內移動。當小于條件式(2)的下限時，像面位置的前移量太大，造成整個系統的成像性能低下。當大于條件式(2)的上限時，像面位置后移無法補償機械結構所引起的像面移動，造成整個系統的成像性能低下。

優選地，本發明的大口徑消熱差長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遠遠小于鍺等紅外材料，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。

優選地，所述第一透鏡組的焦距和光學系統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為整個光學系統的焦距。

條件式(3)是用于使整個鏡頭的尺寸小型化的條件。當小于條件式(3)的下限時，由于第一透鏡組的屈光力過小，造成整個系統尺寸過大。當大于條件式(3)的上限時，由于第一透鏡組的屈光力過大，產生的球差難以校正，造成整個系統的成像性能低下。

優選地，所述第一透鏡組靠近像側面和所述第二透鏡組靠近物側面含有衍射面結構。

衍射面結構不僅能夠校正色差和二級光譜，也能夠減輕溫度所引起的焦點變化，因為在透鏡面上設置衍射面結構能夠更好地獲得畫質良好的長波紅外圖像。