一种焦距为100mm的长波消热差红外镜头的制作方法

一种焦距为100mm的长波消热差红外镜头
1.本技术要求于2021年9月18日提交中国专利局、申请号为202111098544.2、发明名称为“一种焦距为100mm的长波消热差红外镜头”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本技术中。
技术领域
2.本发明涉及红外镜头技术领域，更具体地说，涉及一种焦距为100mm的长波消热差红外镜头。


背景技术：

3.红外成像技术已经在航空航天、安防搜救、工业生产等领域起到了不可替代的作用，环境适应性强和结构紧凑是其发展方向。由于红外光学材料的折射率温度系数较大，环境温度变化会引起红外光学系统的焦距、像面位置及像差的变化，使成像质量下降。为了使红外镜头适用于较宽的温度变化环境，需消除温度引起的成像热差，即将温度引起的热像差连通几何像差一并进行消除，从而使光学系统能够在大的温度变化范围内成像良好。
4.现阶段，消热差方法主要有机电主动式、机械被动式和光学被动式三种，其中，机电主动式是通过热传感器的自动探测环境的温度变化，再由处理器实时计算出温度变化引起的像面位移，并控制电机带动透镜产生轴向位移以消除热差；但该方法需要电源、控制电路以及执行机械机构，增加了系统的体积和质量，同时导致系统的可靠性降低。机械被动式主要通过选择对温度变化敏感的材料或记忆合金，利用产生透镜的轴向位移补偿温度变化引起的像面位移；但该方式的可靠性一般且系统重量较重。光学被动式消热差方法是通过匹配透镜与镜头结构件的热性能消除热差，但该方法多用于长波红外光学系统或非制冷型中波红外光学系统中，光学系统结构相对复杂、视场较小、成像质量较差。
5.因此，如何消除温度引起的成像热差，是现阶段该领域亟待解决的难题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种焦距为100mm的长波消热差红外镜头，该焦距为100mm的长波消热差红外镜头能够消除温度引起的成像热差，解决了现阶段该领域的难题。
7.一种焦距为100mm的长波消热差红外镜头，包括镜筒和自光线入射方向依次设置于所述镜筒内的第一透镜、第二透镜、第三透镜；
8.所述第一透镜和所述第二透镜之间的空气间隔为31.12mm，所述第二透镜和所述第三透镜之间的空气间隔为29.12mm；
9.且所述第一透镜和所述第三透镜的材质均为红外硫系玻璃。
10.优选的，所述的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，所述镜筒自光线入射方向依次包括入射段、渐缩段和射出段。
11.优选的，所述的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，所述第一透镜、所述第二透
镜和所述第三透镜依次设置于所述入射段、所述渐缩段和所述射出段。
12.优选的，所述的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，所述镜筒和所述第一透镜之间设有o型圈和用于固定所述第一透镜的第一压圈。
13.优选的，所述的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，所述镜筒的内壁设有第二压圈和隔圈，所述第二透镜固定于所述第二压圈和所述隔圈之间。
14.优选的，所述的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，所述镜筒和所述第三透镜之间设有用于固定所述第三透镜的第三压圈。
15.优选的，所述的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，所述第一透镜的中心厚度为12.5mm；
16.所述第一透镜光线入射侧的曲率半径为86.34mm，光线射出侧的曲率拟合半径为167.59mm。
17.优选的，所述的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，所述第二透镜的中心厚度为3.5mm；
18.所述第二透镜光线入射侧的曲率拟合半径为89.8mm，光线射出侧的曲率拟合半径为41.51mm。
19.优选的，所述的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，所述第三透镜的中心厚度为5.2mm；
20.所述第三透镜光线入射侧的曲率拟合半径为83.73mm，光线射出侧的曲率拟合半径为435.54mm。
21.优选的，所述的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，所述第二透镜的材料为硒化锌。
22.优选的，所述的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的光线射出侧为非球面，并满足下列表达式：
[0023][0024]
式中：
[0025]
z为非球面沿光轴方向在高度r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；
[0026]
c＝1/r；r为镜面的近轴曲率拟合半径；k为圆锥系数；
[0027]
a,b,c,d,e为高次非球面系数。
[0028]
本发明提出的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，包括镜筒和自光线入射方向依次设置于镜筒内的第一透镜、第二透镜、第三透镜；第一透镜和第二透镜之间的空气间隔为31.12mm，第二透镜和第三透镜之间的空气间隔为29.12mm；且第一透镜和第三透镜的材质均为红外硫系玻璃。上述红外镜头结构设计紧凑，装配简单；且第一透镜和第三透镜均采用具有低温度折射率系数特点的红外硫系玻璃，实现温度自适应的光学被动消热差，进而使红外镜头能够在一个较大温度范围内保持良好的成像质量。因此，本发明提出的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，能够消除温度引起的成像热差，解决了现阶段该领域的难题。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1为本发明具体实施方式中长波消热差红外镜头的剖视图；
[0031]
图2为本发明具体实施方式中长波消热差红外镜头的剖视图；
[0032]
图3为本发明具体实施方式中透镜的示意图；
[0033]
图4为本发明具体实施方式中外镜头在20℃工作环境的mtf图；
[0034]
图5为本发明具体实施方式中外镜头在
‑
40℃工作环境的mtf图；
[0035]
图6为本发明具体实施方式中红外镜头在60℃工作环境的mtf图。
[0036]
图1
‑
图6中：
[0037]
镜筒—1；第一透镜—2；第二透镜—3；第三透镜—4；o型圈—5；第一压圈—6；第二压圈—7；第三压圈—8；隔圈—9；
[0038]
入射段—1a；渐缩段—1b；射出段—1c。
具体实施方式
[0039]
本具体实施方式的核心在于提供一种焦距为100mm的长波消热差红外镜头，该焦距为100mm的长波消热差红外镜头能够消除温度引起的成像热差，解决了现阶段该领域的难题。
[0040]
以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
[0041]
本具体实施方式提供的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，包括镜筒1和自光线入射方向依次设置于镜筒1内的第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4；第一透镜2和第二透镜3之间的空气间隔为31.12mm，第二透镜3和第三透镜4之间的空气间隔为29.12mm；且第一透镜2和第三透镜4的材质均为红外硫系玻璃。
[0042]
上述红外镜头结构设计紧凑，装配简单；且第一透镜2和第三透镜4均采用具有低温度折射率系数特点的红外硫系玻璃，实现温度自适应的光学被动消热差，进而使红外镜头能够在一个较大温度范围内保持良好的成像质量。
[0043]
因此，本发明提出的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，能够消除温度引起的成像热差，解决了现阶段该领域的难题。具体请参见图1
‑
图3。
[0044]
本具体实施方式提供的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，镜筒1自光线入射方向依次可以包括入射段1a、渐缩段1b和射出段1c，进而能够适用于与之相匹配的设备。
[0045]
进一步，第一透镜2、第二透镜3和第三透镜4可以依次分别设置于入射段1a、渐缩段1b和射出段1c的内部，请参见图1。
[0046]
本具体实施方式提供的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，镜筒1和第一透镜2之间可以设有o型圈5，且还可以设有用于固定第一透镜2的第一压圈6。
[0047]
同理，镜筒1的内壁可以设有第二压圈7和隔圈9，且第二透镜3固定于第二压圈7和
隔圈9之间。
[0048]
同理，镜筒1和第三透镜4之间可以设有用于固定第三透镜4的第三压圈8，请参见图1。
[0049]
本具体实施方式提供的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，第一透镜2的中心厚度可以为12.5mm；第一透镜2光线入射侧的曲率半径可以为86.34mm，光线射出侧的曲率拟合半径可以为167.59mm。
[0050]
本具体实施方式提供的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，第二透镜3的中心厚度可以为3.5mm；第二透镜3光线入射侧的曲率拟合半径可以为89.8mm，光线射出侧的曲率拟合半径可以为41.51mm。
[0051]
本具体实施方式提供的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，第三透镜4的中心厚度可以为5.2mm；第三透镜4光线入射侧的曲率拟合半径可以为83.73mm，光线射出侧的曲率拟合半径可以为435.54mm。
[0052]
表1 焦距为100mm的长波消热差红外镜头参数表
[0053][0054]
本具体实施方式提供的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，第二透镜3的材料可以为硒化锌，或者其他能够起到同等作用的材质。
[0055]
更详细的，镜筒1的直径可以为107mm。探测器的类型可以为长波红外非制冷型640
×
512，17μm；工作的温度范围为
‑
40℃
‑
60℃；工作波段的范围为8
‑
12um；竖直视场角为4.98
°
，水平视场角为6.22
°
，光圈为1.0，焦距为100mm。具体请参见表1。
[0056]
本具体实施方式提供的焦距为100mm的长波消热差红外镜头，第一透镜、第二透镜和第三透镜的光线射出侧为非球面，并满足下列表达式：
[0057][0058]
式中：
[0059]
z为非球面沿光轴方向在高度r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；
[0060]
c＝1/r；r为镜面的近轴曲率拟合半径；k为圆锥系数；
[0061]
a,b,c,d,e为高次非球面系数。
[0062]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0063]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。