一种高分辨率长波无热化镜头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高分辨率长波无热化镜头，其特征在于，包括：沿光入射方向依次同轴设置的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)，第三透镜(3)前方设置窗口(4)；第一透镜(1)具有正光焦度，其入光面为非球面，出光面为球面；第二透镜(2)具有负光焦度，其入光面为衍射面，出光面为非球面；第三透镜(3)具有正光焦度，其入光面为球面，出光面为非球面。本实用新型专利技术系统总长为25mm，整个系统比较紧凑，后截距8mm，适合快门安放在探测器与镜头之间，减小体积，能够实现‑40℃～85℃宽温度范围内之间的测量，并且能够满足640*512(12微米)的高分辨率要求，成像质量好。

A high resolution long wave athermal lens

The utility model discloses a high resolution wavelength athermalizing lens, which is characterized in that: along the incident direction of light in the first lens arranged coaxially (1), second (2), third lens lens lens (3), third (3) arranged in front of the window (4); the first lens (1) have a positive refractive power, the surface is non spherical, smooth spherical surface; the second lens (2) has a negative refractive power, the surface is smooth as a diffractive aspheric surface; the third lens (3) having a positive refractive power, the surface is spherical, smooth non spherical. The utility model system is 25mm, the whole system is compact, after intercept 8mm, suitable for placing volume between the shutter, detector and lens, can realize the measurement of 40 to 85 DEG C within a wide temperature range between, and can meet the 640*512 (12 m) high resolution, good image quality.

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨率长波无热化镜头
本专利技术属于光学镜头设计
，涉及一种高分辨率长波无热化镜头。
技术介绍
探测器尺寸规格从25微米、17微米过渡到了12微米。一些特殊的场合中，红外光学系统的工作温度变化范围很大(-40℃～85℃)，且要求系统结构紧凑，分辨率较高，能够满足新型的640*512，12微米非制冷探测器的应用要求。因此，需要设计一种符合实际使用要求的高分辨率长波无热化镜头。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：提供一种高分辨率长波无热化镜头，利用镜片本身的热差值与结构件的热胀冷缩原理实现-40℃～85℃宽温度范围内之间的测量，并且能够满足640*512(12微米)的高分辨率要求，成像质量较好。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种高分辨率长波无热化镜头，其包括：沿光入射方向依次同轴设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3，第三透镜3前方设置窗口4；第一透镜1具有正光焦度，其入光面为非球面，出光面为球面；第二透镜2具有负光焦度，其入光面为衍射面，出光面为非球面；第三透镜3具有正光焦度，其入光面为球面，出光面为非球面。其中，还包括镜筒与透镜隔圈，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3分别通过透镜隔圈安装在镜筒内。其中，所述镜头镜筒与透镜隔圈由铝合金制成。其中，所述第一透镜1由硫系玻璃制成，第二透镜2由单晶锗制成，第三透镜3由硫系玻璃制成。其中，所述第一透镜1的入光面上设置光阑。其中，所述第一透镜1中，入光面的曲率半径为16.97mm，出光面的半径为30.12mm，焦距为19.47mm。其中，所述第二透镜2中，入光面的曲率半径为-7.67mm，出光面的半径为-12.79mm，焦距为-20.61mm。其中，所述第三透镜3中，入光面的曲率半径为26.29mm，出光面的半径为-29.01mm，焦距为9.71mm。其中，所述第一透镜1厚度为2.5mm，第二透镜2厚度为4.72mm，第三透镜3厚度为4.60mm。其中，所述第一透镜1与第二透镜2之间的间距是4.69mm，第二透镜2与第三透镜3之间的间距是0.2mm，第三透镜3与窗口4之间的间距是8mm。(三)有益效果上述技术方案所提供的高分辨率长波无热化镜头，系统总长为25mm，整个系统比较紧凑，后截距8mm，适合快门安放在探测器与镜头之间，减小体积，能够实现-40℃～85℃宽温度范围内之间的测量，并且能够满足640*512(12微米)的高分辨率要求，成像质量好。附图说明图1为本技术实施例镜头的结构示意图。图中，1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-窗口。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。参照图1所示，本实施例高分辨率长波无热化镜头包括：沿光入射方向依次同轴设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、窗口4。第一透镜1具有正光焦度，由低折射率温度系数的硫系玻璃制成，其入光面为非球面，出光面为球面；第二透镜2具有负光焦度，由单晶锗制成，其入光面为衍射面，出光面为非球面；第三透镜3具有正光焦度，由低折射率温度系数的硫系玻璃制成，其入光面为球面，出光面为非球面。本实施例镜头还包括镜筒与透镜隔圈，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3分别通过透镜隔圈安装在镜筒内。镜筒与透镜隔圈由铝合金制成。为减小系统的体积，第一透镜1的入光面上设置光阑。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、镜筒与透镜隔圈的热膨胀系数以及透镜间隔、曲率半径必须满足公式才能达到消热差的目的，其中，n为光学元件的总面数；为光学元件的光焦度；hi为近轴光线在光学元件的入射高度；xi为光学元件的光热膨胀系数；αk为光学系统为外部结构件的线膨胀系数；L为镜筒的长度。对于衍射元件来说，衍射元件的热膨胀系数需要满足公式χf，d＝2αg，预计第材料的折射率无关，其中，xf，d为衍射元件的热膨胀系数；2αg为基底材料的线膨胀系数。本实施例中，第一透镜1中，入光面的曲率半径为16.97mm，出光面的半径为30.12mm，焦距为19.47mm。第二透镜2中，入光面的曲率半径为-7.67mm，出光面的半径为-12.79mm，焦距为-20.61mm。第三透镜3中，入光面的曲率半径为26.29mm，出光面的半径为-29.01mm，焦距为9.71mm。第一透镜1厚度为2.5mm，第二透镜2厚度为4.72mm，第三透镜3厚度为4.60mm。第一透镜1与第二透镜2之间的间距是4.69mm，第二透镜2与第三透镜3之间的间距是0.2mm，第三透镜3与窗口4之间的间距是8mm。基于上述结构设置的高分辨率长波无热化镜头，镜头焦距为10mm；F#为1；视场角为54°；工作波段为8-14微米；工作温度：-40℃～85℃。整个系统采用正负正的三片式结构，第一透镜焦距为19.47mm,第二透镜焦距为-20.61mm，校正基本像差和色差。第二透镜第一面使用了旋转对称的衍射面，衍射级数为1，消除热差。第三透镜焦距为9.71mm，矫正了前两片产生的场曲和像散，进一步消除热差。整个系统通过采用三片式结构，实现了系统宽波段、高温度范围内的消热差功能。较现有的光学消热差方案有以下优势：镜头结构简单，且光阑放在第一面上，有效减小了系统地口径。另外，系统总长度(第一面到FPA距离)压缩到了24.7mm，且后截距长达8mm，适合快门安放在探测器与镜头之间。本方案采用硫系玻璃有明显的优势，硫系玻璃在大批量生产时可进行精密的模压，可以大大减少加工成本，具有广阔的市场前景。实践证明，该技术方案具有较好的应用效果。考虑到硫系玻璃较之锗材料较软，将衍射面加在了锗材料上，利于金刚石的车削，实现了-40℃～85℃的宽温度范围的消热差功能。对本实施例设计的高分辨率长波无热化镜头进行常温状态下的相差分析、-40℃状态下的相差分析、85℃状态下的相差分析后，从以上像质分析来说，本款无热化镜头在-40℃～85℃的宽温度段范围内，纵向像差矫正到了0.05mm以内，畸变矫正到3％以内，像散矫正到了0.2mm以内,均能够较好的满足成像，且整个的光学传递函数在42lp/mm处保持在22％以上，使像面稳定性保持在一个相对较高的水平。从结构上来说，总长为25mm，后截距8mm，适合快门安放在探测器与镜头之间，且结构部件完全采用铝合金，配合透镜的热胀冷缩，实现了-40℃～85℃的宽温度段范围内无热化设计。由以上技术方案可以看出，本技术具有以下显著特点：1、本技术通过采用三片透镜实现在-40℃～85℃的宽温度段范围内无热化设计，结构紧凑，系统装配简单，且后截距为8mm，适合快门安放在探测器与镜头之间；2、本技术专利实现了640*512，12微米的高分辨率成像要求。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分辨率长波无热化镜头，其特征在于，包括：沿光入射方向依次同轴设置的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)，第三透镜(3)前方设置窗口(4)；第一透镜(1)具有正光焦度，其入光面为非球面，出光面为球面；第二透镜(2)具有负光焦度，其入光面为衍射面，出光面为非球面；第三透镜(3)具有正光焦度，其入光面为球面，出光面为非球面；还包括镜筒与透镜隔圈，第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)分别通过透镜隔圈安装在镜筒内；所述镜头镜筒与透镜隔圈由铝合金制成；所述第一透镜(1)由硫系玻璃制成，第二透镜(2)由单晶锗制成，第三透镜(3)由硫系玻璃制成；所述第一透镜(1)的入光面上设置光阑；所述第一透镜(1)中，入光面的曲率半径为16.97mm，出光面的半径为30.12mm，焦距为19.47mm；所述第二透镜(2)中，入光面的曲率半径为‑7.67mm，出光面的半径为‑12.79mm，焦距为‑20.61mm；所述第三透镜(3)中，入光面的曲率半径为26.29mm，出光面的半径为‑29.01mm，焦距为9.71mm；所述第一透镜(1)厚度为2.5mm，第二透镜(2)厚度为4.72mm，第三透镜(3)厚度为4.60mm；所述第一透镜(1)与第二透镜(2)之间的间距是4.69mm，第二透镜(2)与第三透镜(3)之间的间距是0.2mm，第三透镜(3)与窗口(4)之间的间距是8mm。...

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率长波无热化镜头，其特征在于，包括：沿光入射方向依次同轴设置的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)，第三透镜(3)前方设置窗口(4)；第一透镜(1)具有正光焦度，其入光面为非球面，出光面为球面；第二透镜(2)具有负光焦度，其入光面为衍射面，出光面为非球面；第三透镜(3)具有正光焦度，其入光面为球面，出光面为非球面；还包括镜筒与透镜隔圈，第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)分别通过透镜隔圈安装在镜筒内；所述镜头镜筒与透镜隔圈由铝合金制成；所述第一透镜(1)由硫系玻璃制成，第二透镜(2)由单晶锗制成，第三透镜(3)由硫系玻璃制成；所述第一透镜(1)的入光面上设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢雪，冯立伟，张昕，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：天津,12