共口径双视场双色红外成像镜头制造技术

本发明专利技术涉及一种共口径双视场双色红外成像镜头，包括镜筒，设置在镜筒前端的保护窗；入射光线从保护窗入射至镜筒内，先经过共口径前固定组后被分光棱镜分成透射的长波红外光以及反射的中波红外光；沿着长波红外光的方向依次设置长波中央固定组、长波变倍镜组、长波后固定组、长波红外探测器；中波红外光先经过中波前固定组后被平面反射镜反射后穿过中波后固定组被中波红外探测器接收。该镜头有大视场，体积小结构紧凑，变焦结构简单，并且能够实现长波红外变焦系统与中波红外定焦系统共口径设计，实现成像镜头光学被动消热差。

Dual field dual field infrared imaging lens with common aperture

The present invention relates to a common aperture double field dual color infrared imaging lens, including a lens tube and a protective window set at the front of the lens tube; incident light is incident from a protective window to a lens tube, first passes through a common aperture front fixed group and is divided into transmitted long wave infrared light and reflected medium wave infrared light after a common aperture front fixed group, and along the long wave infrared light. In the direction, the long wave central fixation group, the long wave zoom group, the long wave post fixation group and the long wave infrared detector were set in turn; the medium wave infrared light first passed the medium wave front fixed group and then was reflected through the medium wave after the reflection mirror was reflected through the medium wave infrared detector. The lens has a large field of view, compact size and simple zoom structure, and can realize the common aperture design of the long wave infrared zoom system and the medium wave infrared focusing system, so as to realize the optical passive heat dissipation difference of the imaging lens.

【技术实现步骤摘要】
共口径双视场双色红外成像镜头
本专利技术属于红外热成像领域，具体涉及一种共口径双视场双色红外成像镜头。
技术介绍
双视场光学系统具有大小不同的两个成像视场，大视场可增大空间感知范围，小视场可对感兴趣的场景进行详细观察。双色红外光学系统能够同时获取目标的长波与中波两个不同波段的特征信息，提高系统的观测感知能力。共口径双色红外成像镜头采用长波红外光学系统与中波红外光学系统共用前端光路的设计方法，使两个波段的光学系统共用同一个光轴，能够在被检测目标处于旋转运动状态或测量相机处于旋转运动状态的情况下获得良好的观测效果。应用于机器视觉中的成像镜头焦距一般较短，视场角较大，分光镜在光学系统中占据的空间较大，使得长、中波光学系统实现共口径设计难度较大，若在其中一路加入变焦光路并使光学系统在较大的温度范围内实现光学被动消热差，则设计难度进一步提升。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
的问题，本专利技术提供了一种具有大视场，体积小结构紧凑，变焦结构简单，能够实现长波红外变焦系统与中波红外定焦系统共口径设计的成像镜头，实现成像镜头光学被动消热差。本专利技术技术方案的基本介绍：本专利技术的成像镜头适用于长波红外波段(7.7～10.3μm)和中波红外波段(3.7～4.8μm)。本专利技术相比于现有技术的特别之处在于：采用分光棱镜进行光谱分光实现长波红外和中波红外共口径设计，其中长波红外实现了双视场变焦设计；本专利技术的具体技术方案是：本专利技术提供了一种共口径双视场双色红外成像镜头，包括镜筒，设置在镜筒前端的保护窗以及设置在镜筒内的共口径前固定组、分光棱镜、长波中央固定组、长波变倍镜组、长波后固定组、长波红外探测器、中波前固定组、平面反射镜、中波后固定组以及中波红外探测器；入射光线从保护窗入射至镜筒内，入射光线先经过共口径前固定组后被分光棱镜分成透射的长波红外光以及反射的中波红外光；沿着长波红外光的方向依次设置长波中央固定组、长波变倍镜组、长波后固定组、长波红外探测器；中波红外光先经过中波前固定组后被平面反射镜反射后穿过中波后固定组被中波红外探测器接收。进一步地，上述共口径前固定组是由沿着入射光线传输方向依次叠放的4片透镜组成，且0.02<共口径前固定组的光焦度绝对值<0.03，其中4片透镜沿着入射光线传输方向依次采用IRG205、Ge、ZnS和IRG205材料制成。进一步地，上述分光棱镜选用ZnS材料制成。进一步地，上述长波中央固定组沿着长波红外光传输的方向由依次叠放的2片透镜组成，0.006<长波中央固定组光焦度绝对值<0.008，且2片透镜沿光线传输方向依次采用ZnS和IRG205材料制成，2片透镜顶点间距小于3mm。进一步地，上述长波变倍镜组沿着长波红外光传输的方向由依次叠放的2片透镜组成，0.02<长波变倍镜组光焦度绝对值<0.03，且2片透镜沿着光线传输方向依次采用Ge和IRG205材料制成。进一步地，上述长波后固定组为单片正透镜，材料为IRG205，0.04<长波后固定组光焦度绝对值<0.05。进一步地，上述中波前固定组为单片正透镜，材料为锗，0.005<中波前固定组光焦度绝对值<0.006。进一步地，上述中波后固定组沿着中波红外光传输的方向由依次叠放的3片单透镜组成，0.03<中波后固定组光焦度绝对值<0.04，且3片单透镜沿光线传输方向依次采用Ge、IRG205和Si材料制成。进一步地，上述保护窗采用多光谱ZnS材料制成。进一步地，上述长波红外探测器以及中波红外探测器均采用无热化设计，满足-40°至+60°工作温度。本专利技术中长波红外光学系统通过切入/切出变焦组5实现小/大视场的切换，能够满足视场快速切换的要求，减小目标丢失概率。切换变焦组时，光线通过后固定组汇聚于焦平面上，且保持焦平面位置不变。中波红外光学系统采用定焦形式，其视场与长波红外大视场相同，长波与中波红外光学系统同时工作，可获得目标不同波段的信息，并可实现中波系统持续观测，长波系统详细观察的工作模式；本专利技术的优点是：1、本专利技术镜头实现了长波红外与中波红外双色共口径双色设计，两个波段系统共轴成像，便于双色图像的匹配。2、本专利技术探测器无热化设计可满足-40℃～60℃的宽工作温度，在该温度范围内不用调焦。3、本专利技术的成像镜头可匹配F/2制冷型探测器，具有较强的能量收集能力，可以大幅提高成像信噪比。4、本专利技术的长波双视场采用长波变倍镜组切换式变焦形式，变焦速度快。5、本专利技术体积(保护窗顶点到像面位置)285mm×116mm×50mm，结构紧凑；6、本专利技术采用分光棱镜在光路中部对长波红外与中波红外进行分光，避免倾斜分光平板在光路中引入非对称像差，降低设计难度。7、本专利技术采用了最常用的热膨胀系数为236×10-7/的普通铝合金镜筒，可保证在-40℃～60℃的温度范围内，在空间频率33lp/mm处，长波红外光学系统两个焦距所有视场的光学传递函数MTF大于0.15，中波红外光学系统光学传递函数MTF大于0.5，解决了现有共口径光学系统在不同温度下需要调焦使成像清晰的问题。附图说明图1本专利技术长波红外变焦镜组切入光路中的结构示意图。图2本专利技术长波红外变焦镜组切出光路中的结构示意图。图3本专利技术常温工况下长波红外小视场光学传递函数图。图4本专利技术-40℃工况下长波红外小视场光学传递函数图。图5本专利技术60℃工况下长波红外小视场光学传递函数图。图6本专利技术常温工况下长波红外大视场光学传递函数图。图7本专利技术-40℃工况下长波红外大视场光学传递函数图。图8本专利技术60℃工况下长波红外大视场光学传递函数图。图9本专利技术常温工况下中波红外光学传递函数图。图10本专利技术-40℃工况下中波红外光学传递函数图。图11本专利技术60℃工况下中波红外光学传递函数图。附图标记如下：1-镜筒、2-保护窗、3-共口径前固定组、4-分光棱镜、5-长波中央固定组、6-长波变倍镜组、7-长波后固定组、8-长波红外探测器、9-中波前固定组、10-平面反射镜、11-中波后固定组、12-中波红外探测器。具体实施方式为了进一步清楚阐述本技术方案的特点，下面结合附图，提供一个本专利技术具体实施方式的最佳实施方式，对本专利技术进行说明，但是不应当将其理解为对本专利技术的限定。参阅图1、图2。共口径成像镜头包括镜筒1、保护窗2以及设置在镜筒内的光学系统，其中保护窗2设置在镜筒1前端，镜筒1内的光学系统包括共口径前固定组3、分光棱镜4、长波中央固定组5、长波变倍镜组6、长波后固定组7、长波红外探测器8、中波前固定组9、平面反射镜10、中波后固定组11以及中波红外探测器12；入射光线从保护窗2入射至镜筒1内，入射光线先经过共口径前固定组3后被分光棱镜4分成透射的长波红外光以及反射的中波红外光；沿着长波红外光的方向依次设置长波中央固定组5、长波变倍镜组6、长波后固定组7、长波红外探测器8；通过长波变倍镜组的切入/切出实现长波红外光路的小/大视场变化，其余各组位置均固定不变。切换光学系统视场时光学系统总长不变。中波红外光先经过中波前固定组9后被平面反射镜10反射后穿过中波后固定组11被中波红外探测器12接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共口径双视场双色红外成像镜头，包括镜筒，其特征在于：还包括设置在镜筒前端的保护窗以及设置在镜筒内的共口径前固定组、分光棱镜、长波中央固定组、长波变倍镜组、长波后固定组、长波红外探测器、中波前固定组、平面反射镜、中波后固定组以及中波红外探测器；入射光线从保护窗入射至镜筒内，入射光线先经过共口径前固定组后被分光棱镜分成透射的长波红外光以及反射的中波红外光；沿着长波红外光的方向依次设置长波中央固定组、长波变倍镜组、长波后固定组、长波红外探测器；中波红外光先经过中波前固定组后被平面反射镜反射后穿过中波后固定组被中波红外探测器接收。

【技术特征摘要】
1.一种共口径双视场双色红外成像镜头，包括镜筒，其特征在于：还包括设置在镜筒前端的保护窗以及设置在镜筒内的共口径前固定组、分光棱镜、长波中央固定组、长波变倍镜组、长波后固定组、长波红外探测器、中波前固定组、平面反射镜、中波后固定组以及中波红外探测器；入射光线从保护窗入射至镜筒内，入射光线先经过共口径前固定组后被分光棱镜分成透射的长波红外光以及反射的中波红外光；沿着长波红外光的方向依次设置长波中央固定组、长波变倍镜组、长波后固定组、长波红外探测器；中波红外光先经过中波前固定组后被平面反射镜反射后穿过中波后固定组被中波红外探测器接收。2.根据权利要求1所述的共口径双视场双色红外成像镜头，其特征在于：所述共口径前固定组是由沿着入射光线传输方向依次叠放的4片透镜组成，且0.02<共口径前固定组的光焦度绝对值<0.03，其中4片透镜沿着入射光线传输方向依次采用IRG205、Ge、ZnS和IRG205材料制成。3.根据权利要求1或2所述的共口径双视场双色红外成像镜头，其特征在于：分光棱镜选用ZnS材料制成。4.根据权利要求3所述的共口径双视场双色红外成像镜头，其特征在于：长波中央固定组沿着长波红外光传输的方向由依次叠放的2片透镜组成，0.006<长波中央固定组光焦度绝对值<0.008，且2片透镜沿光线传输方向依次采用ZnS和IRG20...

【专利技术属性】
技术研发人员：马迎军，梅超，郭云曾，费嘉祺，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61