[發明專利]一種長后工作距光學無熱化長波紅外鏡頭

在審

• 申請號: 202010973834.6
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN111965802A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 徐亮;徐睆垚;徐寒楊;劉文清;劉建國;沈先春;鄧亞頌
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G02B13/14
• 分類號: G02B13/14;G02B13/18;G02B1/00;G02B7/00;G02B7/02
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 張祥

本發明提供了一種長后工作距光學無熱化長波紅外鏡頭，包括沿光線入射方向依次設置的第一正光焦鏡片、負光焦鏡片、第二正光焦鏡片、濾光片和用于接收畫面的探測器，所述負光焦鏡片與第二正光焦鏡片之間設置有光闌隔圈，以光線入射方向分別對各鏡片表面順序編號為S1～S6，其中S2面為偶次非球面，S5面為二元衍射面；其余面均為標準面。本發明的優點在于：通過負光焦鏡片與第二正光焦鏡片的配合將成像面后移，從而增大后工作距離，通過加入非球面，能夠很好的消除像差；通過加入衍射面，能夠降低大光焦度對熱折射率的影響，通過在負光焦鏡片和第二正光焦鏡片之間加入光闌隔圈，能夠通過光闌作用改變入瞳位置，減小入瞳尺寸，實現鏡片的小型化設計。

技術領域

本發明涉及紅外光譜成像技術領域，尤其涉及一種長后工作距光學無熱化長波紅外鏡頭。

背景技術

紅外光譜成像檢測技術是近年來迅速發展的新型檢測技術，具有顯著的遠距離探測能力，可檢測的光譜范圍大，可檢測的氣體種類多，系統不需要背景反射，無需輻射源，結構相對簡單，多光譜成像技術就是把入射的全波段或寬波段的光信號分成若干個窄波段的光束，獲得不同光譜波段的圖像。目前用于成像光譜儀的分光技術主要有色散型、干涉型、二元器件和濾波型。

濾波型成像光譜儀常見的實現方式有很多，例如：多鏡頭型的多光譜照相機，它具有多個鏡頭，每個鏡頭各有一個濾光片，分別讓一種較窄的光譜通過，多個鏡頭同時拍攝同一景物，用一張膠片同時記錄不同光譜的圖像信息；多相機型的多光譜照相機，它是由幾臺照相機組合而成，各臺相機的鏡頭上分別帶上不同的濾光片，分別接收景物的不同光譜帶上的信息，同時拍攝同一景物以獲取一套特定光譜帶的圖像信息；光束分離型的多光譜相機，它采用一個鏡頭拍攝景物，用多個三棱鏡分光器將來自景物的光線分離為若干波段的光束，用多套圖像系統分別將各波段的光信息記錄下來等。

在對濾波型多光譜成像技術進行研究的過程中，需要確保前端光學鏡頭與后端的探測器嚴格同軸，因此需要在光學鏡頭與探測器之間布置輔助固定的機械器件，同時為了方便研究不同濾光片對成像結果的影響，會在鏡頭與探測器之間設置濾光片切換裝置，傳統的光學鏡頭由于成像面到最后一片透鏡之間的后工作距離較短，如公開號為CN109521542A的發明專利申請公開的紅外光學鏡頭的后工作距離僅有4mm，而且本領域的現有技術大都傾向于降低光學鏡頭的后工作距離以實現攝像設備的小型化，導致現有的光學鏡頭沒有空間布設更多的機械器件，限制了濾波型多光譜成像技術的研究和發展。

另外，由于光學鏡頭的折射率對溫度變化非常敏感，而且鏡筒材料也存在熱脹冷縮，因此溫度變化對成像質量的影響非常大，目前一般通過被動式無熱化設計來消除溫度效應的影響。無熱化設計是利用光學材料熱特性間的差異，通過不同特性材料之間的合理組合消除溫度的影響。相比于其他消除溫度效應的方式具有機構相對簡單、尺寸小、重量輕、不需供電、系統可靠性好的優點。由于紅外光線能量弱，紅外鏡頭的相對孔徑大，更長的后工作距離使得無熱化設計難度增加，這也是現有技術普遍選擇短后工作距離的重要原因之一，目前市場上絕大部分的紅外鏡頭后工作距離都小于20mm。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對現有光學鏡頭后工作距離較短的情況，提供一種具有長后工作距離的無熱化長波紅外鏡頭，以克服現有鏡頭對濾波型多光譜成像技術的限制。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種長后工作距光學無熱化長波紅外鏡頭，包括沿光線入射方向依次設置的第一正光焦鏡片、負光焦鏡片、第二正光焦鏡片、濾光片和用于接收畫面的探測器，所述第一正光焦鏡片和C均以硫系玻璃成型，負光焦鏡片以硒化鋅玻璃成型；所述負光焦鏡片與第二正光焦鏡片之間設置有光闌隔圈，所述第一正光焦鏡片與負光焦鏡片之間的空氣間隔是10mm，所述負光焦鏡片和光闌隔圈中的光闌的空氣間隔是2mm，所述光闌與第二正光焦鏡片之間的空氣間隔為2mm，所述探測器的像元尺寸為17μm，探測器前1mm處設有1mm厚的保護窗，第二正光焦鏡片與探測器之間的空氣間隔為40.53mm，所述濾光片處于第二正光焦鏡片與探測器之間的任意位置；