一種小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統，包括第一正彎月透鏡和探測器；從第一正彎月透鏡至探測器沿光軸依次設置有雙凹透鏡、第二正彎月透鏡、負彎月透鏡和第三正彎月透鏡；第一正彎月透鏡、第二正彎月透鏡和第三正彎月透鏡均具有正屈光度，雙凹透鏡和負彎月透鏡均具有負屈光度。雙凹透鏡的曲面S3和負彎月透鏡的曲面S7均為非球面，非球面S7還加工有二元衍射面。本實用新型的雙視場紅外光學系統，通過合理布置不同類型的透鏡并選取其正負屈光度，使得整個光學系統具有較小的尺寸和更大的變倍比，而且在窄視場和寬視場的切換條件下具有更大的變焦范圍，適于在對紅外光學系統具有較小尺寸要求的場合使用。
【專利說明】一種小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統，更具體的說，尤其涉及 一種通過合理分布正彎月透鏡、雙凹透鏡和負彎月透鏡并選擇其正負屈光度的小尺寸非制 冷雙視場紅外光學系統。
【背景技術】
[0002] 紅外熱像系統是利用自然界中一切溫度高于絕對零度（_273°C )的物體，每時每刻 都輻射出紅外線，同時這種紅外線輻射都載有物體的特征信息這一原理，然后通過光電轉 換、電信號處理等手段，將目標物體的溫度分布圖像轉換成視頻圖像的高科技產品。
[0003] 非制冷紅外系統因為其不需制冷且價格低廉，目前在電力、油田、公路等民用安防 領域，甚至軍事領域得到了廣泛應用。目前，紅外光學系統可分為單視場、雙視場、多視場以 及連續變焦等系統。雙視場紅外光學系統可實現窄視場與寬視場之間的快速切換，并且移 動的透鏡數量少，可靠性、同軸性等可以得到很好地保證，因此在軍用領域有其不可替代的 應用。
[0004] 非制冷紅外光學系統為了得到更多的光線入射，其相對孔徑較小；同時由于可用 的材料種類較少，而且又需要使用比較少的鏡片，以提高它的透過率，因此體積都做得很 大。近年來，出現了一些非制冷雙視場紅外系統的設計，例如2011年5月18日公告的專利 號為CN201010516394. 8的實用新型專利文件，公開了一種非制冷雙視場紅外系統，其焦距 在56. 7 mm和114. 3 mm焦距切換，長度達到232 mm，這樣大的體積對于一些場合是不方便使 用或者無法使用的。 實用新型內容
[0005] 本實用新型為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種小尺寸非制冷雙視場紅外 光學系統。
[0006] 本實用新型的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統，包括用于聚焦光線的第一正彎 月透鏡和實現光電信號轉化的探測器；其特別之處在于：從第一正彎月透鏡至探測器之間 沿光軸依次設置有雙凹透鏡、第二正彎月透鏡、負彎月透鏡和第三正彎月透鏡；第一正彎月 透鏡、第二正彎月透鏡和負彎月透鏡均為凸面朝向物側，第三正彎月透鏡為凹面朝向物側； 所述第一正彎月透鏡、第二正彎月透鏡和第三正彎月透鏡均具有正屈光度，雙凹透鏡和負 彎月透鏡均具有負屈光度；所述雙凹透鏡可在第一正彎月與第二正彎月透鏡之間移動，以 實現光學系統窄視場和寬視場的切換。
[0007] 正屈光度是指對光線具有會聚作用，負屈光度是指對光線具有發散作用。由于第 一、第二正彎月和負彎月透鏡的凸面朝向物側，第三正彎月透鏡的凹面朝向物側，且第一、 第二和第三正彎月透鏡對光線具有會聚作用，雙凹透鏡、負彎月對光線具有發散作用，使得 其組成的光路系統不僅具有較小的尺寸和較大的變倍，而且在窄視場和寬視場切換的過程 中具有更大的變焦范圍，更佳適于遠近場景的切換。
[0008] 本實用新型的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統，第一正彎月透鏡構成前固定 組，雙凹透鏡構成變倍組，第二正彎月透鏡、負彎月透鏡和第三正彎月透鏡構成后固定組； 前固定組、變倍組和后固定組的焦距滿足不等式組：
[0009]
【權利要求】
1. 一種小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統，包括用于聚焦光線的第一正彎月透鏡（1) 和實現光電信號轉化的探測器（7);其特征在于：從第一正彎月透鏡至探測器之間沿光軸 (8)依次設置有雙凹透鏡（2)、第二正彎月透鏡（3)、負彎月透鏡（4)和第三正彎月透鏡（5); 第一正彎月透鏡、第二正彎月透鏡和負彎月透鏡均為凸面朝向物側，第三正彎月透鏡為凹 面朝向物側；所述第一正彎月透鏡、第二正彎月透鏡和第三正彎月透鏡均具有正屈光度，雙 凹透鏡和負彎月透鏡均具有負屈光度；所述雙凹透鏡可在第一正彎月與第二正彎月透鏡之 間移動，以實現光學系統窄視場和寬視場的切換。
2. 根據權利要求1所述的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統，其特征在于：第一正彎 月透鏡（1)構成前固定組，雙凹透鏡（2)構成變倍組，第二正彎月透鏡（3)、負彎月透鏡（4) 和第三正彎月透鏡（5)構成后固定組；前固定組、變倍組和后固定組的焦距滿足不等式組 (1)：
(1) 其中，A為前固定組的焦距，X為變倍組的焦距，/3為后固定組的焦距，/f為雙凹透 鏡運動至窄視場時整個光學系統所對應的焦距。
3. 根據權利要求1或2所述的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統，其特征在于：第一 正彎月透鏡（1)、雙凹透鏡（2)、第二正彎月透鏡（3)、負彎月透鏡（4)、第三正彎月透鏡（5) 朝向物側和朝向探測器的曲面分別為SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10,這10個曲面 中至少有一個為非球面且至少有一個曲面上設置有二元衍射面。
4. 根據權利要求3所述的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統，其特征在于：所述雙凹 透鏡的曲面S3和負彎月透鏡的曲面S7均為非球面，所述非球面S7還加工有二元衍射面； 非球面S3和非球面S7的參數如下表：
非球面S3、S7通過公式（2)進行確定：
(2) 其中，A為非球面的圓錐系數，％、％、％為非球面的4次、6次、8次系數'為非球面 上距離光軸垂直方向上的高度，z為非球面上距離透鏡中心水平方向上的距離； 所述二元衍射面通過公式（3)來確定： (3) 其中，為、4為二元衍射面的2次、4次衍射系數，財為衍射級數，為二元衍射面上 距離光軸垂直方向上的高度w為二元衍射面上距離透鏡中心水平方向上的距離；Af取為 1,Λ =-15. 0632, Λ =3. 0099〇
5. 根據權利要求4所述的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統，其特征在于：所述曲面 51、52、53、54、55、56、57、58、59、510的曲率半徑分別為 160.108臟、241.287臟、-145.227臟、 162. 53mm、91. 041mm、266. 403mm、85. 309mm、68. 023mm、-400. 10000mm、-150. 61100mm ;光軸 處曲面31、52、53、54、55、56、57、58、59、510之間的距離分別為11.3_、可變距離01、3.3 臟、可變距離 D2、5. 5 mm、13. 0723 mm、5. 2 mm、22. 2525 mm、5. 2 mm,曲面 S10 與探測器（7)之 間的距離為22. 5151 mm ;紅外光學系統在寬視場的情況下，Dl=36. 3768mm，D2=36. 2833,紅 外光學系統切換至窄視場的情況下，Dl=64. 6800mm，D2=7. 9801mm。
6. 根據權利要求1或2所述的小尺寸非制冷雙視場紅外光學系統，其特征在于：光闌 設置于第二正彎月透鏡處；光學系統F數為1. 0 ;該系統適用于波長8-12 μ m的長波紅外。
【文檔編號】G02B13/18GK203838394SQ201420073363
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年2月20日 優先權日:2014年2月20日
【發明者】劉濤, 徐玉惠, 陳大明, 桑建國 申請人:山東神戎電子股份有限公司