红外成像镜头的设计方法及无调焦制冷型红外成像镜头的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种红外成像镜头的设计方法及无调焦制冷型红外成像镜头，其中，该方法包括：根据镜头焦距f、相对孔径F和基准物距L之间的相对关系设置N组透镜，以使得入射光通过N组透镜进行调整，其中，N≥3，且每组透镜之间均采用不同的红外光学材料，不同红外光学材料的透镜组之间需满足如下条件：不同材料透镜组的光焦度的和等于镜头的总光焦度；不同材料的光焦度与热差系数的乘积的和等于零；不同材料的光焦度与阿贝数之比的和等于零；通过制冷型红外探测器将调整后的入射光进行成像。通过运用本发明，对应的景深能够覆盖探测范围内的所有位置，能够使目标清晰成像，解决了现有技术存在的问题。
【专利说明】红外成像镜头的设计方法及无调焦制冷型红外成像镜头
【技术领域】
[0001]本发明涉及红外成像领域，特别是涉及一种红外成像镜头的设计方法及无调焦制冷型红外成像镜头。
【背景技术】
[0002]在设计光学系统时需要为光学镜头设置物距，当物距变化在景深范围内时，其仍旧能清晰成像；当物距变化超过景深范围时，就需要调节调焦机构来使得像面与探测器平面重合。根据物距与景深的关系，物距越远，景深越大。在无穷远物距系统中，由于物距远、景深大，因此在一定物距范围内成像可以不调焦或者调焦量比较小；而在近景成像中，由于物距减小导致景深减小，景深过小时不能保证近景和远景同时清晰成像。为了看清不同距离的目标，就需要进行调焦，且调焦量远大于远距离成像系统。同时，温度变化也会导致像面漂移和成像质量下 降，一般系统也是通过调焦机构进行补偿。
[0003]某些近距离应用中，近景探测热像仪在探测时无法预知所关注的事物将出现在距离镜头多远的位置，只能将对焦点设置在某一固定位置处，如果其景深不能覆盖探测范围内的所有位置，一旦目标物偏离较远，不调焦就无法对所关注的目标清晰成像。
[0004]众所周知一般的成像镜头都需要调焦机构进行调焦，有两方面的原因，一是由于物距变化导致的像面偏移；二是温度变化导致的像面偏移。
[0005]在制冷型、近景成像红外光学系统的设计中，由于物距越小时，其变化造成的像面偏移越大，导致近景成像镜头的调焦量比较大。调焦量大在制冷型红外系统中会导致一些问题:一是在制冷型系统中由于调焦量大而使系统的冷像发生显著变化，不容易消除；二是调焦机构增加系统的复杂性，降低了可靠性和使用的便捷性。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种红外成像镜头的设计方法及无调焦制冷型红外成像镜头，用以解决现有技术中，只能将对焦点设置在某一固定位置处，如果其景深不能覆盖探测范围内的所有位置，一旦目标物偏离较远，不调焦就无法对所关注的目标清晰成像的问题。
[0007]为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种红外成像镜头的设计方法，包括:根据镜头焦距f、相对孔径F和基准物距L之间的相对关系设置N组透镜，以使得入射光通过所述N组透镜进行调整，其中，N ^ 3，且每组透镜之间均采用不同的红外光学材料，不同红外光学材料的透镜组之间需满足如下条件:不同材料透镜组的光焦度的和等于镜头的总光焦度；不同材料的光焦度与热差系数的乘积的和等于零；不同材料的光焦度与阿贝数之比的和等于零；通过制冷型红外探测器将调整后的所述入射光进行成像。
[0008]进一步，按照如下公式确定镜头焦距f、相对孔径F和基准物距L之间的相对关系:
【权利要求】
1.一种红外成像镜头的设计方法，其特征在于，包括: 根据镜头焦距f、相对孔径F和基准物距L之间的相对关系设置N组透镜，以使得入射光通过所述N组透镜进行调整，其中，N ^ 3，且每组透镜之间均采用不同的红外光学材料，不同红外光学材料的透镜组之间需满足如下条件:不同材料透镜组的光焦度的和等于镜头的总光焦度；不同材料的光焦度与热差系数的乘积的和等于零；不同材料的光焦度与阿贝数之比的和等于零；通过制冷型红外探测器将调整后的所述入射光进行成像。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式确定镜头焦距f、相对孔径F
和基准物距L之间的相对关系:
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N组透镜和所述制冷型红外探测器组成的镜头的孔径光阑位于所述制冷型红外探测器的冷屏处，且满足冷光阑效率100%。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,所述红外光学材料包括:娃、锗、硒化锌、硫化锌和砷化镓。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述透镜包括:非球面透镜和/或衍射面透镜。
6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在N的值为3的情况下，还包括: 按照入射光方向顺序排列三组透镜； 设置所述三组透镜的光焦度采用第一组透镜光焦度为正、第二组透镜光焦度为负和第三组透镜光焦度为正。
7.一种无调焦制冷型红外成像镜头，其特征在于，包括: N组透镜和制冷型红外探测器，其中，N ^ 3，且每组透镜之间均采用不同的红外光学材料，不同红外光学材料的透镜组之间需满足如下条件:不同材料透镜组的光焦度的和等于镜头的总光焦度；不同材料的光焦度与热差系数的乘积的和等于零；不同材料的光焦度与阿贝数之比的和等于零； 其中，入射光经第一组透镜入射，经第N组透镜射出，出射光经过所述制冷型红外探测器后进行成像。
8.如权利要求7所述的无调焦制冷型红外成像镜头，其特征在于，所述制冷型红外探测器包括: 入射窗口、冷屏和像面；其中，从第N组透镜射出的光经所述入射窗口照射到所述冷屏上，经过所述冷屏后在所述像面呈像。
9.如权利要求7所述的无调焦制冷型红外成像镜头，其特征在于，所述透镜包括:非球面透镜和/或衍射面透镜。
10.如权利要求7至9中任一项所述的无调焦制冷型红外成像镜头，其特征在于，所述红外光学材料包括:硅、锗、硒化锌、硫化锌和砷化镓。
【文档编号】G02B13/14GK103969801SQ201410186359
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】彭晴晴, 张兴德, 杨加强, 李荣刚, 刘琳, 孙昌峰 申请人:中国电子科技集团公司第十一研究所