[发明专利]一种长后工作距光学无热化长波红外镜头

说明书

本发明提供了一种长后工作距光学无热化长波红外镜头，包括沿光线入射方向依次设置的第一正光焦镜片、负光焦镜片、第二正光焦镜片、滤光片和用于接收画面的探测器，所述负光焦镜片与第二正光焦镜片之间设置有光阑隔圈，以光线入射方向分别对各镜片表面顺序编号为S1～S6，其中S2面为偶次非球面，S5面为二元衍射面；其余面均为标准面。本发明的优点在于：通过负光焦镜片与第二正光焦镜片的配合将成像面后移，从而增大后工作距离，通过加入非球面，能够很好的消除像差；通过加入衍射面，能够降低大光焦度对热折射率的影响，通过在负光焦镜片和第二正光焦镜片之间加入光阑隔圈，能够通过光阑作用改变入瞳位置，减小入瞳尺寸，实现镜片的小型化设计。

技术领域

本发明涉及红外光谱成像技术领域，尤其涉及一种长后工作距光学无热化长波红外镜头。

背景技术

红外光谱成像检测技术是近年来迅速发展的新型检测技术，具有显著的远距离探测能力，可检测的光谱范围大，可检测的气体种类多，系统不需要背景反射，无需辐射源，结构相对简单，多光谱成像技术就是把入射的全波段或宽波段的光信号分成若干个窄波段的光束，获得不同光谱波段的图像。目前用于成像光谱仪的分光技术主要有色散型、干涉型、二元器件和滤波型。

滤波型成像光谱仪常见的实现方式有很多，例如：多镜头型的多光谱照相机，它具有多个镜头，每个镜头各有一个滤光片，分别让一种较窄的光谱通过，多个镜头同时拍摄同一景物，用一张胶片同时记录不同光谱的图像信息；多相机型的多光谱照相机，它是由几台照相机组合而成，各台相机的镜头上分别带上不同的滤光片，分别接收景物的不同光谱带上的信息，同时拍摄同一景物以获取一套特定光谱带的图像信息；光束分离型的多光谱相机，它采用一个镜头拍摄景物，用多个三棱镜分光器将来自景物的光线分离为若干波段的光束，用多套图像系统分别将各波段的光信息记录下来等。

在对滤波型多光谱成像技术进行研究的过程中，需要确保前端光学镜头与后端的探测器严格同轴，因此需要在光学镜头与探测器之间布置辅助固定的机械器件，同时为了方便研究不同滤光片对成像结果的影响，会在镜头与探测器之间设置滤光片切换装置，传统的光学镜头由于成像面到最后一片透镜之间的后工作距离较短，如公开号为CN109521542A的发明专利申请公开的红外光学镜头的后工作距离仅有4mm，而且本领域的现有技术大都倾向于降低光学镜头的后工作距离以实现摄像设备的小型化，导致现有的光学镜头没有空间布设更多的机械器件，限制了滤波型多光谱成像技术的研究和发展。

另外，由于光学镜头的折射率对温度变化非常敏感，而且镜筒材料也存在热胀冷缩，因此温度变化对成像质量的影响非常大，目前一般通过被动式无热化设计来消除温度效应的影响。无热化设计是利用光学材料热特性间的差异，通过不同特性材料之间的合理组合消除温度的影响。相比于其他消除温度效应的方式具有机构相对简单、尺寸小、重量轻、不需供电、系统可靠性好的优点。由于红外光线能量弱，红外镜头的相对孔径大，更长的后工作距离使得无热化设计难度增加，这也是现有技术普遍选择短后工作距离的重要原因之一，目前市场上绝大部分的红外镜头后工作距离都小于20mm。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有光学镜头后工作距离较短的情况，提供一种具有长后工作距离的无热化长波红外镜头，以克服现有镜头对滤波型多光谱成像技术的限制。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种长后工作距光学无热化长波红外镜头，包括沿光线入射方向依次设置的第一正光焦镜片、负光焦镜片、第二正光焦镜片、滤光片和用于接收画面的探测器，所述第一正光焦镜片和C均以硫系玻璃成型，负光焦镜片以硒化锌玻璃成型；所述负光焦镜片与第二正光焦镜片之间设置有光阑隔圈，所述第一正光焦镜片与负光焦镜片之间的空气间隔是10mm，所述负光焦镜片和光阑隔圈中的光阑的空气间隔是2mm，所述光阑与第二正光焦镜片之间的空气间隔为2mm，所述探测器的像元尺寸为17μm，探测器前1mm处设有1mm厚的保护窗，第二正光焦镜片与探测器之间的空气间隔为40.53mm，所述滤光片处于第二正光焦镜片与探测器之间的任意位置；