一种1.3～5um宽波段红外成像镜头的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种1.3～5um宽波段红外成像镜头，包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜入射光的光轴上依次设置有主物镜、第一前透镜、第二前透镜和调焦镜，两反射镜之间的光轴上依次设置有第一后透镜和第二后透镜，第二反射镜出射光的光轴上设置有第三后透镜；所述的主物镜为凸面朝向物方的正光焦度平凸透镜，所述的第一前透镜为负光焦度的双凹透镜，所述的第二前透镜和第三后透镜为正光焦度的双凸透镜，所述的调焦镜和第一后透镜为凸面朝向第一反射镜的正光焦度弯月形透镜，所述的第二后透镜为凸面朝向第二反射镜的负光焦度弯月形透镜；本发明成像质量较高，大大减小了系统像差，并且使系统在宽光谱范围内的色差得以校正。
【专利说明】
-种1 .3~5um宽波段红外成像镜头
技术领域
[0001] 本发明属于红外成像技术领域，具体设及一种1.3~加 m宽波段红外成像镜头，适 用在对海上溢油监测、有害气体监测、各种目标红外福射特性研究等领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，红外光谱仪成为了科学研究和分析检测的研究重点方向。现场级多波段 红外成像光谱仪是新一代的检测和分析设备，具有"图谱合一"的特性，结合了传统光谱仪 和光电成像技术的特点，可同时提供图像二维空间信息和高分辨率的光谱信息，实现对目 标场景的探测和深度分析。
[0003] 它拥有全面的成像分析能力、较高的光谱分辨率和良好的平台通用型，在海洋环 境监测、空气污染检测、国防研究、公共安全等领域均有着广泛的应用价值。
[0004] 前置红外光学系统是现场级多波段红外成像光谱仪的重要组成部分，其主要作用 为通过宽波段高分辨率红外镜头把外界的景物目标投射到干设仪上。
[0005] 宽波段光学系统具有系统像差和色差难W校正等设计难点。目前，仅有加拿大ABB Bomem公司和加拿大Telops公司有报道出光谱范围在1.3~加 m的成像镜头，国内尚未报道 过此种1.3~加 m宽波段(短波、中波)的宽波段红外成像镜头。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种1.3~5nm宽波段红外成像镜 头，能够和320 X 256宽波段制冷型面阵红外探测器匹配使用，系统崎变小，能够满足高成像 质量的需求。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种1.3~5um宽波段红外成像镜 头，包括呈90°相向设置的第一反射镜和第二反射镜;所述第一反射镜入射光的光轴上依次 设置有主物镜、第一前透镜、第二前透镜和调焦镜，第一反射镜和第二反射镜之间反射光的 光轴上依次设置有第一后透镜和第二后透镜，所述第二反射镜出射光的光轴上设置有第= 后透镜;所述的主物镜为凸面朝向物方的正光焦度平凸透镜，所述的第一前透镜为负光焦 度的双凹透镜，所述的第二前透镜和第=后透镜为正光焦度的双凸透镜，所述的调焦镜和 第一后透镜为凸面朝向第一反射镜的正光焦度弯月形透镜，所述的第二后透镜为凸面朝向 第二反射镜的负光焦度弯月形透镜。
[000引所述的一种1.3~加 m宽波段红外成像镜头，其第二前透镜的前表面为基于非球面 基底的衍射面。
[0009] 所述的一种1.3~加 m宽波段红外成像镜头，其调焦镜的前表面为非球面。
[0010] 所述的一种1.3~加 m宽波段红外成像镜头，其第一后透镜的后表面为非球面。
[0011] 所述的一种1.3~加 m宽波段红外成像镜头，其透镜材料为单晶娃或砸化锋。
[0012] 所述的一种1.3~加 m宽波段红外成像镜头，其主物镜、第一前透镜、调焦镜、第二 后透镜和第=后透镜为单晶娃透镜。
[0013] 所述的一种1.3~加 m宽波段红外成像镜头，其第二前透镜和第一后透镜为砸化锋 透镜。
[0014] 本发明的有益效果是:采用衍射元件的物理特性，仅使用了常见的红外材料(单晶 娃和砸化锋），通过优化各表面的面型参数和适当的采用非球面和衍射面，便实现了系统在 1.3~5um宽波段(短波、中波)范围内的高质量成像，大大减小了系统像差，并且使系统在宽 光谱范围内的色差得W校正;加工满足普通金刚石车床车削的技术要求，降低了生产成本。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的结构示意图； 图2是本发明的光学示意图； 图3是本发明的场曲与崎变曲线图； 图4是本发明在16mm/lp时传递函数曲线图，横坐标为每毫米的线对数，纵坐标为对比 度数值； 图5是本发明的系统弥散斑图。
[0016] 各附图标记为：1 一主物镜，2-第一前透镜，3-第二前透镜，4-调焦镜，5-第一 反射镜，6-第一后透镜，7-第二后透镜，8-第二反射镜，9-第S后透镜。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0018] 为了给现场级多波段红外成像光谱仪提供一个前置宽波段成像光学系统，参照图 1、图2所示，本发明公开了一种1.3~5um宽波段红外成像镜头，作为基本的实施例，系统焦 距为85mm，F数（系统焦距与通光孔径的比值)为2,其包括呈90°相向设置的第一反射镜5和 第二反射镜8,入射光到达第一反射镜5后被反射到第二反射镜8后再次反射形成与入射光 平行且方向相反的出射光;所述第一反射镜5入射光的光轴上依次设置有主物镜1、第一前 透镜2、第二前透镜3和调焦镜4,第一反射镜5和第二反射镜8之间反射光的光轴上依次设置 有第一后透镜6和第二后透镜7,所述第二反射镜8出射光的光轴上设置有第=后透镜9;所 述的主物镜1为凸面朝向物方的正光焦度平凸透镜，所述的第一前透镜2为负光焦度的双凹 透镜，所述的第二前透镜3和第=后透镜9为正光焦度的双凸透镜，所述的调焦镜4和第一后 透镜6为凸面朝向第一反射镜5的正光焦度弯月形透镜，所述的第二后透镜7为凸面朝向第 二反射镜8的负光焦度弯月形透镜。
[0019] 作为进一步的实施例，所述的第二前透镜3的前表面为基于非球面基底的衍射面； 所述的调焦镜4的前表面为非球面;所述的第一后透镜6的后表面为非球面。
[0020] 作为更进一步的实施例，所述的主物镜1、第一前透镜2、调焦镜4、第二后透镜7和 第=后透镜9为单晶娃透镜;所述的第二前透镜3和第一后透镜6为砸化锋透镜。
[0021] 下列出了本发明中1.3~加 m宽波段红外成像镜头的具体实施例。
[0022] 在上表中，曲率半径是指每个表面的曲率半径，间距是指相邻两表面之间的距离， 举例来说，表面Sl的间距，即表面Sl至表面S2间的距离。玻璃材料是该透镜的制作加工所用 的材料。其中第二前透镜3的前表面S5为基于非球面基底的砸化锋衍射面，调焦镜4的前表 面S7为单晶娃基底上的高次非球面，第后透镜6的后表面Sll为砸化锋基底上的高次非球 面。
[0023] 具体而言，所述的主物镜1的前表面的曲率半径为76.56mm，主物镜1的前、后表面 之间的间距为9mm;所述的第一前透镜2的前表面的曲率半径分别为-962.4mm，第一前透镜2 的前表面与主物镜1的后表面的间距为2mm，第一前透镜2的后表面的曲率半径为82.4mm，第 一前透镜2的前、后表面之间的间距为5 m m;所述的第二前透镜3的前表面的曲率半径为 324.4mm，第二前透镜3的前表面与第一前透镜2的后表面的间距为7.5mm，第二前透镜3的后 表面的曲率半径为-108.5mm，第二前透镜3的前、后表面之间的间距为7mm;所述的调焦镜4 的前表面的曲率半径为-38.99mm，调焦镜4的前表面与第二前透镜3的后表面的间距为 135mm，调焦镜4的后表面的曲率半径为-40.5mm，调焦镜4的前、后表面之间的间距为6mm;所 述的第一反射镜5的前表面与调焦镜4的后表面的间距为20mm，第一反射镜5的前、后表面之 间的间距为7mm;所述的第一后透镜6的前表面的曲率半径为75.16mm，第一后透镜6的后表 面的曲率半径为46.95mm，第一后透镜6的前表面与第一反射镜5的前表面的间距为50mm，第 一后透镜6的前、后表面之间的间距为5mm;所述的第二后透镜7的前表面的曲率半径为- 33.98 mm，第二后透镜7的后表面的曲率半径为-27.54mm，第二后透镜7的前表面与第一后 透镜6的后表面的间距为8mm，第二后透镜7的前、后表面之间的间距为5mm;所述的第二反射 镜8的前表面与第二后透镜7的后表面的间距为22mm，第二反射镜8的前、后表面之间的间距 为7mm;所述的第=后透镜9的前表面的曲率半径为81.2mm，第=后透镜9的后表面的曲率半 径为-473.55mm，第=后透镜9的前表面与第二反射镜8的前表面的间距为22mm，第=后透镜 9的前、后表面之间的间距为4mm，所述的第S后透镜9的后表面与系统像面之间的间距为 9mm。
[0024]下表列出了第二前透镜3的前表面S5、调焦镜4的前表面S7、第一后透镜6的后表面 Sll的非球面系数。
[002J
其中，各参数含义为:Z-光轴方向的位变，H-光轴的高，C-透镜曲率，K-二次曲面系 数，A、B、C-非球面系数。
[0026]下表列出了第二前透镜3前表面S5的衍射面系数。
[0027；
其中，各参数含义为：-衍射面相位函数，朵一构造中必波长，垂直光轴方向 的径向坐标，(6:,、每一衍射系数。
[0028] 本发明红外镜头的工作波段为1.3~加 m，F数为2;系统光阔位于制冷探测器的冷 光阔上，满足系统100%冷光阔效率。
[0029] 本发明采用二次成像型设计，减小了各组透镜口径，其中一次成像面位于第一反 射镜5和第一后透镜6之间，二次成像面位于系统像面。
[0030] 本发明通过非球面和衍射面消除球差和高次像差，提高系统的传递函数，保持系 统在161p/mm具有较好的成像质量，各透镜组的光焦度分配合理，残余像差较小，成像质量 好，系统崎变小，可W配合320X256中波制冷红外探测器使用，W用于宽波段光谱分析成 像。透镜材料均选用常见红外玻璃设计，利用非球面和衍射面校正了系统像差和色差，而高 次非球面和衍射面设置在利于加工的玻璃材料上，可W通过数控机床进行锐磨、抛光，获得 较好的零件表面，采用了一个娃非球面、一个砸化锋非球面、一个基于非球面基底的砸化锋 衍射面，有利于提高系统像质，结合目前成熟的智能抛光数控机床有较好的加工工艺性，适 合批量生产。
[0031] 图3至图5为本发明的光学仿真数据图。从图3至图5可W看出本发明的光学传递函 数、场曲、崎变W及点弥散斑均方根直径都在标准范围内。由此可见，本发明具有较好的成 像质量。
[0032] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，W及部分运用的实施例，对于 本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可W做出若干变形和 改进，运些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种1.3~5um宽波段红外成像镜头，其特征在于:包括第一反射镜(5)和第二反射镜 (8)，所述第一反射镜(5)入射光的光轴上依次设置有主物镜（1)、第一前透镜(2)、第二前透 镜(3)和调焦镜(4)，第一反射镜(5)和第二反射镜(8)之间反射光的光轴上依次设置有第一 后透镜(6)和第二后透镜(7)，所述第二反射镜(8)出射光的光轴上设置有第三后透镜(9); 所述的主物镜（1)为凸面朝向物方的正光焦度平凸透镜，所述的第一前透镜(2 )为负光焦度 的双凹透镜，所述的第二前透镜（3)和第三后透镜(9)为正光焦度的双凸透镜，所述的调焦 镜(4)和第一后透镜(6)为凸面朝向第一反射镜(5)的正光焦度弯月形透镜，所述的第二后 透镜(7)为凸面朝向第二反射镜(8)的负光焦度弯月形透镜。2. 根据权利要求1所述的一种1.3~5um宽波段红外成像镜头，其特征在于，所述的第一 反射镜(5)和第二反射镜(8)呈90°相向设置。3. 根据权利要求1所述的一种1.3~5um宽波段红外成像镜头，其特征在于，所述的第二 前透镜(3)的前表面为基于非球面基底的衍射面。4. 根据权利要求1所述的一种1.3~5um宽波段红外成像镜头，其特征在于，所述的调焦 镜(4)的前表面为非球面。5. 根据权利要求1所述的一种1.3~5um宽波段红外成像镜头，其特征在于，所述的第一 后透镜(6)的后表面为非球面。6. 根据权利要求1至5任意一项所述的一种1.3~5um宽波段红外成像镜头，其特征在 于，所述的透镜材料为单晶硅或硒化锌。7. 根据权利要求6所述的一种1.3~5um宽波段红外成像镜头，其特征在于，所述的主物 镜(1)、第一前透镜(2)、调焦镜(4)、第二后透镜(7)和第三后透镜(9)为单晶娃透镜。8. 根据权利要求6所述的一种1.3~5um宽波段红外成像镜头，其特征在于，所述的第二 前透镜(3)和第一后透镜(6)为硒化锌透镜。
【文档编号】G02B13/00GK106019534SQ201610477296
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】郭良贤, 马力, 左腾, 陈驰, 耿安兵, 熊涛, 李勇
【申请人】湖北久之洋红外系统股份有限公司