一种非调焦全折射无热化红外光学系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种非调焦全折射无热化红外光学系统，其特征在于，包括沿光线入射方向依次同轴排布的第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜：所述第一透镜的材料为IRG207，0.04＜光焦度绝对值＜0.05；所述第二透镜的材料为IRG203，0.05＜光焦度绝对值＜0.06；所述第三透镜的材料为IRG209，0.03＜光焦度绝对值＜0.04；所述第一透镜、第三透镜包含非球面。该系统结构简单，光轴稳定，系统可靠性高，整个红外系统在不同温度下不产生离焦，保证光学系统不需调焦即可清晰成像。

A non focusing, total refraction and non thermal infrared optical system

【技术实现步骤摘要】
一种非调焦全折射无热化红外光学系统
本技术属于光学领域中长波红外成像领域，涉及一种非调焦无热长波化红外光学系统，不需要调焦即可实现-40℃~+60℃环境条件下的清晰成像。
技术介绍
随着红外夜视技术的快速发展，非制冷红外光学系统在民用工程的到广泛的应用但是红外镜头所用材料的折射率温度系数dn/dT较大，随着环境温度的变化，折射率、光学镜片的曲率和厚度、零件间隔都会发生变化，使红外光学系统产生离焦，导致系统成像质量变差。因此无热化红外光学系统成为高精度红外光学系统的一个重要发展方向。红外系统无热化设计的方法主要有三种：第一种是机械被动补偿方法，采用结构件材料热变形和红外材料热膨胀的互补来进行温度补偿；第二种是机械电子主动补偿法，采用传统的电动调焦进行温度补偿；机械被动补偿和机械电子主动补偿两种方法都会导致系统机构复杂度增加，可靠性降低，操作不便；第三种是光学被动补偿法，可以在系统中加入衍射光学元件，但衍射光学元件的生产成本高，加工和装备工艺复杂。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种非调焦无热化红外光学系统。该系统结构简单，光轴稳定，系统可靠性高，整个红外系统在不同温度下不产生离焦，保证光学系统不需调焦即可清晰成像。本技术采取的技术方案是：一种非调焦全折射无热化红外光学系统，其特别之处在于：包括沿着入射方向依次同轴排列的第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜：上述第一透镜的材料为IRG207，0.04＜光焦度绝对值＜0.05；上述第二透镜的材料为IRG203，0.05＜光焦度绝对值＜0.06；上述第三透镜的材料为IRG209，0.03＜光焦度绝对值＜0.04；上述第一透镜、第三透镜包含非球面。上述第一透镜25mm＜通光孔径＜26mm，4mm＜厚度＜5mm；上述第二透镜18mm＜通光孔径＜19mm，3mm＜厚度＜4mm；上述第三透镜18mm＜通光孔径＜19mm，2mm＜厚度＜3mm；上述第一透镜的通光孔径为25.4mm，厚度为4.86mm；上述第二透镜的通光孔径为18.6mm，厚度为3.04mm；上述第三透镜的通光孔径为19.0mm，厚度为3.00mm；所述第三透镜的光线出射面的中心离像面的距离为11.11mm。该非调焦全折射无热化红外光学系统的外形尺寸为φ25.4mm×41mm，结构紧凑。相对于现有技术，本技术的优点在于：1、该光学系统焦距为34mm，相对孔径F/1.2，光学系统的光焦度、材料热膨胀系数选取合理，在高、低温下可以相互补偿，在-40℃、20℃、60℃环境下均可以保持较高的成像质量，无需重新调焦，节省空间和质量，可靠性高；2、该光学系统使用国产长波红外硫系玻璃，技术相对成熟，加工相对简单，成本较低；3、该光学系统可以保证像面相对照度均匀，相对照度一致性大于98%；光学系统最大视场角为10°，畸变为负畸变且相对较小，全视场内畸变小于1.5%，具有良好的成像质量；4、该镜头最大外轮廓为φ25.4mm×41mm，其最后一片透镜的后表面中心距离像面距离为11.11mm，适配国产非制冷长波红外探测器。附图说明图1为本技术公开的一种非调焦无热化光学系统实施方式的结构示意图；图2为本技术提供的光学系统点列图。图3为光学系统在-40℃时光学调制传递函数图。图4为光学系统在20℃时光学调制传递函数图。图5为光学系统在60℃时光学调制传递函数图。图6为本技术提供的光学系统畸变图。具体实施方式参照附图对该镜头进行说明，以下实例作为该镜头实现的一种方式，均可以满足上述要求。参见图1所示，为本技术非调焦全折射无热化红外光学系统的结构示意图。所述非调焦全折射无热化红外光学系统包括第一透镜1、光阑2、第二透镜3、第三透镜4组成。以光线入射的第一透镜为正透镜，材料选用IRG207，该材料折射率中等，色散较大，具有较大的热膨胀系数，第一透镜厚度4.86mm，通光孔径为25.4mm，光焦度绝对值大于0.04小于0.05。以光线入射的第二透镜为负透镜，材料选用IRG203，该材料折射率与第一透镜的IRG207相近，但色散、膨胀系数相对较小，第二透镜厚度3.04mm，通光孔径18.6mm，光焦度绝对值大于0.05小于0.06。以光线入射的第三透镜为正透镜，材料选用IRG209，该材料折射率较高，色散高，热膨胀系数相对较小与第二透镜的IRG203相近，第三透镜厚度3.0mm，通光孔径19.0mm，光焦度绝对值大于0.03小于0.04。图2为本技术提供的光学系统点列图，其中横纵坐标每格代表10μm，可以看出该光学系统弥散斑RMS半径小于艾利斑半径。图3-5为不同温度下光学系统调制传递函数图，其中横坐标为空间调制频率，纵坐标为光学调制函数。图3为-40℃低温下该镜头的光学调制传递函数，图4为20℃常温下该镜头的光学调制传递函数，图5为60℃高温下该镜头的光学调制传递函数，可以看出本技术镜头在-40℃、20℃、60℃条件下均可保持较高的成像质量。图6为本技术提供的光学系统像散和畸变图，其中横坐标为光学畸变百分数，纵坐标为光学系统视场角，可以看出该光学系统畸变小于1.5%。以上显示和描述了本技术的基本原理、主要特征和本技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本技术的原理，在不脱离本技术精神和范围的前提下本技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本技术的范围内。本技术要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非调焦全折射无热化红外光学系统，其特征在于，包括沿光线入射方向依次同轴排布的第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜：/n所述第一透镜的材料为IRG207，0.04＜光焦度绝对值＜0.05；/n所述第二透镜的材料为IRG203，0.05＜光焦度绝对值＜0.06；/n所述第三透镜的材料为IRG209，0.03＜光焦度绝对值＜0.04；/n所述第一透镜、第三透镜包含非球面。/n

【技术特征摘要】
1.一种非调焦全折射无热化红外光学系统，其特征在于，包括沿光线入射方向依次同轴排布的第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜：
所述第一透镜的材料为IRG207，0.04＜光焦度绝对值＜0.05；
所述第二透镜的材料为IRG203，0.05＜光焦度绝对值＜0.06；
所述第三透镜的材料为IRG209，0.03＜光焦度绝对值＜0.04；
所述第一透镜、第三透镜包含非球面。


2.根据权利要求1所述的非调焦全折射无热化红外光学系统，其特征在于：
所述第一透镜25mm＜通光孔径＜26mm，4mm＜厚度＜5mm；
所述第二透镜18mm＜通光孔径＜19mm，3mm＜厚度＜4mm；

【专利技术属性】
技术研发人员：李一哲，屈恩世，
申请(专利权)人：西安杰邦科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61