1.本实用新型属于光学技术领域，涉及一种用于长波红外非制冷探测器的红外无热化瞄准镜头。


背景技术：

2.红外成像技术目前在军事和民用方面有着广泛的应用，红外热成像瞄准镜主要依靠目标表面温度差异探测热目标，可实现全天侯观察，抗干扰能力强，作用距离远，适用于低照度环境及不良气候条件，具有较强的发现和识目标能力，被广泛应于安防侦查、军事对抗等领域。随着应用领域的不断扩展，结构紧凑且成像质量高的红外系统成为重要发展方向。
3.然而现有技术中，镜头易受温度影响而导致焦距及像面位置发生明显变化，易对成像质量造成严重影响；利用机械无热化和机电无热化方式相对简单，但会增大系统的体积和重量，且机械可靠性低。因此亟需一种温度影响小同时具备体积小，质量轻，可靠性高的长波红外无热化瞄准镜头。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种可解决上述技术问题的长波红外无热化瞄准镜头。
5.本技术提供一种长波红外无热化瞄准镜头，包括沿第一方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及探测器；所述第一方向由物方指向像方；
6.所述第一透镜具有负光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其凹面为衍射面；
7.所述第二透镜具有正光焦度，为一片弯月形硫系玻璃正透镜，其两面均为球面；
8.所述第三透镜具有正光焦度，为一片弯月形硫系玻璃正透镜，其两面均为非球面；
9.所述探测器包括沿第一方向依次设置的保护窗口和像面。
10.根据本技术实施例提供的技术方案，所述探测器为长波非制冷探测器。
11.根据本技术实施例提供的技术方案，所述长波红外无热化瞄准镜头还包括主镜筒；
12.所述第一透镜与第二透镜之间设有隔圈，所述主镜筒内设有用于固定所述第一透镜、第二透镜的前压圈；
13.所述主镜筒内设有用于固定所述第三透镜的后压圈；
14.所述主镜筒与所述第一透镜、第二透镜、第三透镜之间设有胶封。
15.根据本技术实施例提供的技术方案，所述镜头满足如下参数：
16.所述镜头的有效焦距efl＝46.5mm，f数＝1.05，光学系统总长＝64mm，所述探测器的分辨率为1024x768，像元大小为12μm。
17.根据本技术实施例提供的技术方案，所述镜头的水平视场角范围为：2w＝15.1
°
。
18.根据本技术实施例提供的技术方案，所述镜头的镜片非球面满足下列表达式：
[0019][0020]
其中，z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，a2、a3、a4、a5、a6为高次非球面系数。
[0021]
根据本技术实施例提供的技术方案，所述镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：
[0022]
φ＝a1ρ2+a2ρ4+a3ρ6；
[0023]
其中φ为衍射面的位相，ρ＝r/rn，rn是衍射面的规划半径，a1、a2、a3为衍射面的位相系数。
[0024]
根据本技术实施例提供的技术方案，所述第一透镜靠近所述物方一侧的表面镀类金刚石碳膜。
[0025]
本技术的有益效果在于：本技术提供的一种长波红外无热化瞄准镜头，其光学系统总长为64mm，最大口径49mm，结构紧凑，体积较小，重量较轻；第一透镜采用弯月形锗单晶正透镜，其凹面为衍射面；第二透镜采用弯月形硫系玻璃正透镜，其两面均为球面；第三透镜采用弯月形硫系玻璃正透镜，其两面均为非球面；通过应用不同材料组合及衍射面的温度特性消除了温度带来影响。由于使用折射式光学结构，因此装调简便，易于量产。整个温度范围内成像质量优良，全视场的平均mtf》0.25@42lp/mm。
附图说明
[0026]
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0027]
图1是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为-40℃时的光学系统图；
[0028]
图2是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为-40℃时的点列图；
[0029]
图3是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为-40℃时的光学传递函数图(截止分辨率为42lp/mm)；
[0030]
图4是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为-40℃时的场曲畸变图；
[0031]
图5是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为50℃时的光学系统图；
[0032]
图6是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为50℃时的点列图；
[0033]
图7是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为50℃时的光学传递函数图(截止分辨率为42lp/mm)；
[0034]
图8是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为50℃时的场曲畸变图；
[0035]
图9是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为20℃时的光学系统图；
[0036]
图10是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为20℃时的点列图；
[0037]
图11是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为20℃时的光学传递函数图(截止分辨率为42lp/mm)；
[0038]
图12是本实用新型提供的长波红外无热化瞄准镜头的温度为20℃时的场曲畸变图；
[0039]
图中标号：
[0040]
l1-第一透镜；l2-第二透镜；l3-第三透镜；s1～s6为透镜各个表面；1-主镜筒；2-前压圈；3-隔圈；4-后压圈；100-物空间；101-保护窗口；102-像面。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
[0042]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
[0043]
图1、图5、图9分别为本实用新型在温度为-40℃，50℃，20℃时的光学系统图，所述镜头的结构相同，以其中一个图为例作为说明。
[0044]
请参考图1为本实施例提供的一种长波红外无热化瞄准镜头的结构示意图，包括沿第一方向依次设置的第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3以及探测器；所述第一方向由物方指向像方；所述物方即物空间100；
[0045]
所述第一透镜l1具有负光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其凹面为衍射面；
[0046]
具体的，所述第一透镜l1靠近所述物方的一侧(凸面)为面s1，所述第一透镜l1靠近所述像方的一侧(凹面)为面s2；
[0047]
所述第二透镜l2具有正光焦度，为一片弯月形硫系玻璃正透镜，其两面均为球面；
[0048]
具体的，所述第二透镜l2靠近所述物方的一侧为面s3，所述第二透镜l2靠近所述像方的一侧为面s4。
[0049]
所述第三透镜l3具有正光焦度，为一片弯月形硫系玻璃正透镜，其两面均为非球面；
[0050]
具体的，所述第三透镜l3靠近所述物方的一侧为面s5，所述第三透镜l3靠近所述像方的一侧为面s6。
[0051]
所述探测器包括沿第一方向依次设置的保护窗口101和像面102。
[0052]
具体的，如表1所示为本实用新型在温度20℃时的光学结构参数：
[0053][0054]
表-1
[0055]
本技术提供的一种长波红外无热化瞄准镜头，其光学系统总长为64mm，最大口径49mm，结构紧凑，体积较小，重量较轻；第一透镜l1采用弯月形锗单晶正透镜，其凹面为衍射面；第二透镜l2采用弯月形硫系玻璃正透镜，其两面均为球面；第三透镜l3采用弯月形硫系玻璃正透镜，其两面均为非球面；因此通过应用不同材料组合及衍射面的温度特性使得消除了温度带来影响。同时使用折射式光学结构，装调简便，易于量产。整个温度范围内成像质量优良，全视场的平均mtf》0.25@42lp/mm。
[0056]
其中，在所述探测器的优选实施方式中，所述探测器为长波非制冷探测器。
[0057]
其中，在所述长波红外无热化瞄准镜头的优选实施方式中，所述长波红外无热化瞄准镜头还包括主镜筒1；
[0058]
所述第一透镜l1与第二透镜l2之间设有隔圈3，所述主镜筒1内设有用于固定所述第一透镜l1、第二透镜l2的前压圈2；
[0059]
所述主镜筒1内设有用于固定所述第三透镜l3的后压圈4；
[0060]
所述主镜筒1与所述第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3之间设有胶封。
[0061]
安装时，将所述隔圈3安装在第一透镜l1和第二透镜l2之间，将第一透镜l1、第二透镜l2插入至所述主镜筒1内并通过所述前压圈2将其卡紧固定；将第三透镜l3插入至主镜筒1内并通过后压圈4将其卡紧固定；同时为了增加结构的密封效果和固定效果，将主镜筒1内壁与第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3间进行封胶处理。
[0062]
其中，在所述长波红外无热化瞄准镜头的优选实施方式中，所述镜头满足如下参数：
[0063]
所述镜头的有效焦距efl＝46.5mm，f数＝1.05，光学系统总长＝64mm，所述探测器的分辨率为1024x768，像元大小为12μm。
[0064]
其中，在所述长波红外无热化瞄准镜头的优选实施方式中，所述镜头的水平视场角范围为：2w＝15.1
°
。
[0065]
其中，在所述长波红外无热化瞄准镜头的优选实施方式中，所述镜头的镜片非球面满足下列表达式：
[0066][0067]
其中，z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c表
示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，a2、a3、a4、a5、a6为高次非球面系数。
[0068]
具体的，如表2所示为面s2，s5，s6的非球面系数：
[0069]
表面4th6th8th10th12ths22.302e-77.388e-116.810e-142.561e-174.189e-20s5-6.097e-6-1.314e-75.035e-10-4.885e-120s6-8.049e-6-1.969e-79.711e-10-1.993e-117.710e-14
[0070]
表-2
[0071]
其中，在所述长波红外无热化瞄准镜头的优选实施方式中，所述镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：
[0072]
φ＝a1ρ2+a2ρ4+a3ρ6；
[0073]
其中φ为衍射面的位相，ρ＝r/rn，rn是衍射面的规划半径，a1、a2、a3为衍射面的位相系数。
[0074]
具体的，如表-3所示为表面s2的衍射系数；
[0075]
表面a1a2a3s2-45.071-9.634-0.415
[0076]
表-3
[0077]
其中，在所述长波红外无热化瞄准镜头的优选实施方式中，所述第一透镜l1靠近所述物方一侧的表面也即面s1镀类金刚石碳膜，使得可起到保护作用；s1-s6表面均镀增透膜。
[0078]
为了便于说明本技术的有益效果，下面参照像差分析图对本实用新型的效果做进一步详细的描述。
[0079]
图2-图4为图1所述的长波红外无热化瞄准镜头的具体实施例在低温状态时的像差分析图；图2为点列图；图3为mtf图；图4为场曲畸变图。
[0080]
图6-图8为图5所述的长波红外无热化瞄准镜头的具体实施例在高温状态时的像差分析图；图6为点列图；图7为mtf图；图8为场曲畸变图。
[0081]
图10-图12是图9所述的长波红外无热化瞄准镜头的具体实施例在常温状态时的像差分析图；图10为点列图；图11为mtf图；图12为场曲畸变图。
[0082]
从图中可知，各个焦段的各种像差得到了很好的校正，弥散斑均校正到接近艾利斑大小，mtf效果理想，畸变《1％；
[0083]
所述镜头的有效焦距efl＝46.5mm，f数＝1.05，光学系统总长＝64mm，适配探测器分辨率1024x768，像元大小12μm。所述镜头的水平视场角范围为：2w＝15.1
°
。
[0084]
由此可见，本实用新型所述的长波红外无热化瞄准镜头具有良好的成像质量。
[0085]
以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。