[发明专利]一种大口径消热差长波红外镜头

说明书

技术领域

本发明涉及一种大口径消热差长波红外镜头，尤其是一种在宽温度范围内具有光学被动消热差性能可广泛适用于车载夜视和安防监控领域的长波红外镜头。

背景技术

长波非制冷型热像仪由于具有结构紧凑、功耗小、成本低等优点，广泛应用于车载、安防等领域。但是由于非制冷型热像仪的热敏感度低，要求红外镜头具有口径大，透过率高的特点。然而红外晶体材料的吸收率和反射率都高于普通玻璃材料，因此随着透镜数的增加，长波红外系统的透过率会大幅度降低，影响成像质量。在现有公开技术中，一般长波红外镜头采用3片到5片透镜方案，如文献1(CN 103852863A)和文献2(CN 103809271B)所公开的红外光学镜头中，由于分别采用3片和5片红外晶体材料所构成，因而不利于获得明亮的图像。

另一方面，长波红外镜头由于用途特殊，需要经受非常大的环境温度变化。当环境温度从-40℃到+60℃变化中，由于光学、机械材料的热胀冷缩以及光学材料的温度折射系数变化使透镜屈光力发生变化，产生离焦，使成像质量劣化。例如文献3(CN 104459949A)中虽然采用2片透镜设计了大口径长波红外镜头，但是由于没有考虑到温度变化所造成的像质劣化，因此不适用于宽温度范围的环境使用。因此需要一种长波红外镜头，在设计时采用消热差技术使其在宽温度范围内工作时不发生像面漂移，保证良好的成像质量。

发明内容

本发明中，为了解决上述长波红外镜头中存在的问题点，其目的在于提供一种大口径长波红外镜头，既满足透镜数少，透过率高，又能在宽温度范围内实现系统被动消热差特性满足成像质量要求。

为了解决上述课题且达到目的，本发明的大口径消热差长波红外镜头，从物体侧起顺次配置如下光学元件：第一透镜组、第二透镜组，所述第一透镜组为凸面朝向物方侧的具有负屈光力的弯月形透镜，所述第二透镜组为凸面朝向像方侧的具有正屈光力的弯月形透镜，所述镜头满足下述条件式

1×10^-5<dn₁/dt-dn₂/dt<1×10^-4(1)

其中，dn₁/dt为所述第一透镜材料的折射率温度系数，dn₂/dt为所述第二透镜材料的折射率温度系数。

条件式(1)是用于使整个镜头在温度变化时，第一透镜和第二透镜的屈光力在一定范围内变化。当小于条件(1)的下限时，第一透镜和第二透镜屈光力的变化差值过小，不利于校正由机械间隔变化而引起的像面偏移。当大于条件式(1)的上限时，则会造成第一透镜和第二透镜的屈光力变化过大，产生球差和慧差造成整个系统的成像性能低下。

优选地，所述第一透镜组满足下述条件式

-50<α₁-dn₁/dt/(n₁-1)<5(2)

其中，α₁为所述第一透镜材料的热膨胀系数，n₁为所述第一透镜材料的折射率。

条件式(2)是用于使第一透镜组在温度变化时，像面在一定范围内移动。当小于条件式(2)的下限时，像面位置的前移量太大，造成整个系统的成像性能低下。当大于条件式(2)的上限时，像面位置后移无法补偿机械结构所引起的像面移动，造成整个系统的成像性能低下。

优选地，本发明的大口径消热差长波红外镜头满足第一透镜组和第二透镜组采用硫系玻璃材料。

硫系玻璃的折射率温度系数远远小于锗等红外材料，因此利用硫系玻璃能够有效抑制由温差变化所引起的像面移动。

优选地，所述第一透镜组的焦距和光学系统的焦距满足下述条件式

-4<f₁/f<-1(3)

其中，f₁为所述第一透镜组的焦距，f为整个光学系统的焦距。

条件式(3)是用于使整个镜头的尺寸小型化的条件。当小于条件式(3)的下限时，由于第一透镜组的屈光力过小，造成整个系统尺寸过大。当大于条件式(3)的上限时，由于第一透镜组的屈光力过大，产生的球差难以校正，造成整个系统的成像性能低下。

优选地，所述第一透镜组靠近像侧面和所述第二透镜组靠近物侧面含有衍射面结构。

衍射面结构不仅能够校正色差和二级光谱，也能够减轻温度所引起的焦点变化，因为在透镜面上设置衍射面结构能够更好地获得画质良好的长波红外图像。