一种小尺寸非制冷双视场红外光学系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型的小尺寸非制冷双视场红外光学系统，包括第一正弯月透镜和探测器；从第一正弯月透镜至探测器沿光轴依次设置有双凹透镜、第二正弯月透镜、负弯月透镜和第三正弯月透镜；第一正弯月透镜、第二正弯月透镜和第三正弯月透镜均具有正屈光度，双凹透镜和负弯月透镜均具有负屈光度。双凹透镜的曲面S3和负弯月透镜的曲面S7均为非球面，非球面S7还加工有二元衍射面。本实用新型的双视场红外光学系统，通过合理布置不同类型的透镜并选取其正负屈光度，使得整个光学系统具有较小的尺寸和更大的变倍比，而且在窄视场和宽视场的切换条件下具有更大的变焦范围，适于在对红外光学系统具有较小尺寸要求的场合使用。
【专利说明】一种小尺寸非制冷双视场红外光学系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种小尺寸非制冷双视场红外光学系统，更具体的说，尤其涉及 一种通过合理分布正弯月透镜、双凹透镜和负弯月透镜并选择其正负屈光度的小尺寸非制 冷双视场红外光学系统。
【背景技术】
[0002] 红外热像系统是利用自然界中一切温度高于绝对零度（_273°C )的物体，每时每刻 都辐射出红外线，同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息这一原理，然后通过光电转 换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的高科技产品。
[0003] 非制冷红外系统因为其不需制冷且价格低廉，目前在电力、油田、公路等民用安防 领域，甚至军事领域得到了广泛应用。目前，红外光学系统可分为单视场、双视场、多视场以 及连续变焦等系统。双视场红外光学系统可实现窄视场与宽视场之间的快速切换，并且移 动的透镜数量少，可靠性、同轴性等可以得到很好地保证，因此在军用领域有其不可替代的 应用。
[0004] 非制冷红外光学系统为了得到更多的光线入射，其相对孔径较小；同时由于可用 的材料种类较少，而且又需要使用比较少的镜片，以提高它的透过率，因此体积都做得很 大。近年来，出现了一些非制冷双视场红外系统的设计，例如2011年5月18日公告的专利 号为CN201010516394. 8的实用新型专利文件，公开了一种非制冷双视场红外系统，其焦距 在56. 7 mm和114. 3 mm焦距切换，长度达到232 mm，这样大的体积对于一些场合是不方便使 用或者无法使用的。 实用新型内容
[0005] 本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种小尺寸非制冷双视场红外 光学系统。
[0006] 本实用新型的小尺寸非制冷双视场红外光学系统，包括用于聚焦光线的第一正弯 月透镜和实现光电信号转化的探测器；其特别之处在于：从第一正弯月透镜至探测器之间 沿光轴依次设置有双凹透镜、第二正弯月透镜、负弯月透镜和第三正弯月透镜；第一正弯月 透镜、第二正弯月透镜和负弯月透镜均为凸面朝向物侧，第三正弯月透镜为凹面朝向物侧； 所述第一正弯月透镜、第二正弯月透镜和第三正弯月透镜均具有正屈光度，双凹透镜和负 弯月透镜均具有负屈光度；所述双凹透镜可在第一正弯月与第二正弯月透镜之间移动，以 实现光学系统窄视场和宽视场的切换。
[0007] 正屈光度是指对光线具有会聚作用，负屈光度是指对光线具有发散作用。由于第 一、第二正弯月和负弯月透镜的凸面朝向物侧，第三正弯月透镜的凹面朝向物侧，且第一、 第二和第三正弯月透镜对光线具有会聚作用，双凹透镜、负弯月对光线具有发散作用，使得 其组成的光路系统不仅具有较小的尺寸和较大的变倍，而且在窄视场和宽视场切换的过程 中具有更大的变焦范围，更佳适于远近场景的切换。
[0008] 本实用新型的小尺寸非制冷双视场红外光学系统，第一正弯月透镜构成前固定 组，双凹透镜构成变倍组，第二正弯月透镜、负弯月透镜和第三正弯月透镜构成后固定组； 前固定组、变倍组和后固定组的焦距满足不等式组：
[0009]
【权利要求】
1. 一种小尺寸非制冷双视场红外光学系统，包括用于聚焦光线的第一正弯月透镜（1) 和实现光电信号转化的探测器（7);其特征在于：从第一正弯月透镜至探测器之间沿光轴 (8)依次设置有双凹透镜（2)、第二正弯月透镜（3)、负弯月透镜（4)和第三正弯月透镜（5); 第一正弯月透镜、第二正弯月透镜和负弯月透镜均为凸面朝向物侧，第三正弯月透镜为凹 面朝向物侧；所述第一正弯月透镜、第二正弯月透镜和第三正弯月透镜均具有正屈光度，双 凹透镜和负弯月透镜均具有负屈光度；所述双凹透镜可在第一正弯月与第二正弯月透镜之 间移动，以实现光学系统窄视场和宽视场的切换。
2. 根据权利要求1所述的小尺寸非制冷双视场红外光学系统，其特征在于：第一正弯 月透镜（1)构成前固定组，双凹透镜（2)构成变倍组，第二正弯月透镜（3)、负弯月透镜（4) 和第三正弯月透镜（5)构成后固定组；前固定组、变倍组和后固定组的焦距满足不等式组 (1)：
(1) 其中，A为前固定组的焦距，X为变倍组的焦距，/3为后固定组的焦距，/f为双凹透 镜运动至窄视场时整个光学系统所对应的焦距。
3. 根据权利要求1或2所述的小尺寸非制冷双视场红外光学系统，其特征在于：第一 正弯月透镜（1)、双凹透镜（2)、第二正弯月透镜（3)、负弯月透镜（4)、第三正弯月透镜（5) 朝向物侧和朝向探测器的曲面分别为SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10,这10个曲面 中至少有一个为非球面且至少有一个曲面上设置有二元衍射面。
4. 根据权利要求3所述的小尺寸非制冷双视场红外光学系统，其特征在于：所述双凹 透镜的曲面S3和负弯月透镜的曲面S7均为非球面，所述非球面S7还加工有二元衍射面； 非球面S3和非球面S7的参数如下表：
非球面S3、S7通过公式（2)进行确定：
(2) 其中，A为非球面的圆锥系数，％、％、％为非球面的4次、6次、8次系数'为非球面 上距离光轴垂直方向上的高度，z为非球面上距离透镜中心水平方向上的距离； 所述二元衍射面通过公式（3)来确定： (3) 其中，為、4为二元衍射面的2次、4次衍射系数，财为衍射级数，为二元衍射面上 距离光轴垂直方向上的高度w为二元衍射面上距离透镜中心水平方向上的距离；Af取为 1,Λ =-15. 0632, Λ =3. 0099〇
5. 根据权利要求4所述的小尺寸非制冷双视场红外光学系统，其特征在于：所述曲面 51、52、53、54、55、56、57、58、59、510的曲率半径分别为 160.108臟、241.287臟、-145.227臟、 162. 53mm、91. 041mm、266. 403mm、85. 309mm、68. 023mm、-400. 10000mm、-150. 61100mm ;光轴 处曲面31、52、53、54、55、56、57、58、59、510之间的距离分别为11.3_、可变距离01、3.3 臟、可变距离 D2、5. 5 mm、13. 0723 mm、5. 2 mm、22. 2525 mm、5. 2 mm,曲面 S10 与探测器（7)之 间的距离为22. 5151 mm ;红外光学系统在宽视场的情况下，Dl=36. 3768mm，D2=36. 2833,红 外光学系统切换至窄视场的情况下，Dl=64. 6800mm，D2=7. 9801mm。
6. 根据权利要求1或2所述的小尺寸非制冷双视场红外光学系统，其特征在于：光阑 设置于第二正弯月透镜处；光学系统F数为1. 0 ;该系统适用于波长8-12 μ m的长波红外。
【文档编号】G02B13/18GK203838394SQ201420073363
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】刘涛, 徐玉惠, 陈大明, 桑建国 申请人:山东神戎电子股份有限公司