本发明公开了一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，沿光轴方向从物方到像方依次设置有均为正透镜的第一透镜、第二透镜、第三透镜和探测器，第一透镜为凸面朝向物侧的正弯月形透镜，第二透镜为凸面朝向像方的正弯月形透镜，第三透镜为凸面朝向物侧的正弯月形透镜，第二透镜和第三透镜相隔很近，所述的第一透镜和第二透镜各有一面为非球面，所述的探测器由锗保护窗口和成像面组成，孔径光阑设置在第一透镜的凹面；本发明三片透镜组合很好地平衡了球差、色差、像散、畸变等像差，成像在红外探测器的焦平面，系统像质良好，镜头成像清晰；镜头具备结构简单、体积小、重量轻，光学透过率高，通光量大等优点，此外系统公差不敏感，便于大批量生产。
1.一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其特征在于：沿光轴方向从物方到像方依次设置有均为正透镜的第一透镜（1）、第二透镜（2）、第三透镜（3）和探测器（4），所述的第一透镜（1）为凸面朝向物侧的正弯月形透镜，具有聚焦光线作用，所述的第二透镜（2）为凸面朝向像方的正弯月形透镜，所述的第三透镜（3）为凸面朝向物侧的正弯月形透镜，第二透镜（2）和第三透镜（3）的间距小于第一透镜（1）和第二透镜（2）的间距，所述的第一透镜（1）和第二透镜（2）的凹面为非球面，所述的探测器（4）由锗保护窗口（41）和成像面（42）组成，还包括孔径光阑（5），所述的孔径光阑（5）设置在第一透镜（1）的凹面，其中定焦镜头满足下列公式：FNO为光学系统的F数；f1为第一透镜（1）焦距；f23 为第二透镜（2）、第三透镜（3）的组合焦距；n1为第一透镜（1）的材料折射率；R1为第一透镜（1）凸面的半径，f为镜头的总焦距。
2.根据权利要求1所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜（1）的焦距f1与镜头总焦距f存在以下关系：。
3.根据权利要求1所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其特征在于，所述第二透镜（2）的焦距f2与镜头总焦距f存在以下关系：。
4.根据权利要求1所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜（3）的焦距f3与镜头总焦距f存在以下关系：。
5.根据权利要求1所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜（1）和第二透镜（2）的凹面满足如下公式：其中，Z(Y)为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；R为镜片的曲率半径；A4、A6、A8、A10分别为非球面四阶系数、六阶系数、八阶系数和十阶系数。
6.根据权利要求1所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其特征在于，所述的第一透镜（1）、第二透镜（2）和第三透镜（3）均不含衍射面。
7.根据权利要求1所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜（1）、第二透镜（2）和第三透镜（3）均采用锗材料。
8.根据权利要求1所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其特征在于，镜头的F数为0.7。
9.根据权利要求1所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其特征在于，所述的第三透镜（3）和探测器（4）之间设置有挡板。
一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头
技术领域
[0001] 本发明涉及红外光学系统，特别涉及一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，可广泛应用于军民夜视瞄具领域。
背景技术
[0002] 近年来，红外热成像技术得到了飞速发展，尤其是非制冷探测技术慢慢成熟，非制冷长波红外热像仪被广泛应用在军事、车载、测温、电力巡线、边界安防等领域，尤其在军事领域有着广泛应用。
[0003] 与制冷红外热像仪相比，非制冷红外热像仪对温差的响应敏感度要低一些。为了提高非制冷红外热像仪对温差的灵敏度，可以将红外光学系统的相对孔径适当取大。
[0004] 现有非制冷红外镜头的相对孔径主要是1：1或1：0.9，在阴雨或雾霾天气，此类镜头的成像效果不佳。
发明内容
[0005] 为了解决在恶劣天气下非制冷红外镜头成像效果不佳问题，本发明提供了一种大相对孔径紧凑型长波红外定焦镜头。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，沿光轴方向从物方到像方依次设置有均为正透镜的第一透镜、第二透镜、第三透镜和探测器，所述的第一透镜为凸面朝向物侧的正弯月形透镜，具有聚焦光线作用，所述的第二透镜为凸面朝向像方的正弯月形透镜，所述的第三透镜为凸面朝向物侧的正弯月形透镜，第二透镜和第三透镜的间距小于第一透镜和第二透镜的间距，所述的第一透镜和第二透镜各有一面为非球面，所述的探测器由锗保护窗口和成像面组成，还包括孔径光阑，所述的孔径光阑设置在第一透镜的凹面，其中定焦镜头满足下列公式：
[0007]
[0008] FNO为光学系统的F数；f1为第一透镜焦距；f23 为第二透镜、第三透镜的组合焦距；n1为第一透镜的材料折射率；R1为第一透镜凸面的半径，f为镜头的总焦距。
[0009] 所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其第一透镜的焦距f1与镜头总焦距f存在以下关系：
[0010] 。
[0011] 所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其第二透镜的焦距f2与镜头总焦距f存在以下关系：
[0012] 。
[0013] 所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其第三透镜的焦距f3与镜头总焦距f存在以下关系：
[0014] 。
[0015] 所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其第一透镜和第二透镜的凹面为非球面，且满足如下公式：
[0016]
[0017] 其中，Z(Y)为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；R为镜片的曲率半径；A4、A6、A8、A10分别为非球面四阶系数、六阶系数、八阶系数和十阶系数。
[0018] 所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其第一透镜、第二透镜和第三透镜均不含衍射面。
[0019] 所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜均采用锗材料。
[0020] 所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其F数为0.7。
[0021] 所述的一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，其第三透镜和探测器之间设置有挡板。
[0022] 本发明的有益效果是：
[0023] 三片透镜组合很好地平衡了球差、色差、像散、畸变等像差，成像在红外探测器的焦平面，系统像质良好，镜头成像清晰；本发明镜头具备结构简单、体积小、重量轻，光学透过率高，通光量大等优点，此外，系统公差不敏感，便于大批量生产。
[0024] 本发明与现有技术相比，具有以下特点：
[0025] 1，镜头光学系统为三分离式+++结构形式，不同于常见的+-+柯克型结构形式，结构简单、重量轻、尺寸小，便于装调；系统镜片数量少，有利于提高镜头光学透过率。
[0026] 2，镜头光学系统具备大相对孔径，F数为0.7，保证镜头的大通光量，从而提高系统对温差的敏感度；此外光学系统中包含两个非球面，很好地校正了系统的各种像差，即使在阴雨或雾霾天气，镜头也能清晰成像，与常规镜头相比，本发明在满足规定视场下，具备更远的目标探测距离。
[0027] 3，镜头光学系统采用整组调焦方式，通过调焦使镜头在高低温环境下清晰成像。
[0028] 4，在光学系统最后一面与探测器靶面之间设置挡板机构，挡板切入光路时，起校正红外图像作用。
附图说明
[0029] 图1为本发明光学系统光路结构示意图；
[0030] 图2为本发明光学系统传递函数图。
[0031] 各附图标记为：
[0032] 1—第一透镜，2—第二透镜，3—第三透镜，4—探测器，41—锗保护窗口，42—成像面，5—孔径光阑。
具体实施方式
[0033] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0034] 参照图1、图2所示，本发明公开了一种高通光量紧凑型长波红外定焦镜头，结构形式为三分离式结构，沿光轴方向从物方到像方依次设置有三组正透镜，依次为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和探测器4，所述的第一透镜1为凸面朝向物侧的正弯月形透镜，具有聚焦光线作用，所述的第二透镜2为凸面朝向像方的正弯月形透镜，所述的第三透镜3为凸面朝向物侧的正弯月形透镜，第二透镜2和第三透镜3相隔很近，所述的第一透镜1和第二透镜2各有一面为非球面，平衡减小系统像差，所述的探测器4由锗保护窗口41和成像面42组成，还包括孔径光阑5，所述的孔径光阑5设置在第一透镜1的凹面，其中定焦镜头满足下列公式： ，
[0035] 第一透镜1的焦距f1与镜头总焦距f存在以下关系： ，
[0036] 第二透镜2的焦距f2与镜头总焦距f存在以下关系： ，
[0037] 第三透镜3的焦距f3与镜头总焦距f存在以下关系： ，
[0038] FNO为光学系统的F数；f1为第一透镜1焦距；f23 为第二透镜2、第三透镜3的组合焦距；n1为第一透镜1的材料折射率；R1为第一透镜1凸面的半径，f为镜头的总焦距。
[0039] 进一步，第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3均不含衍射面，第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3均采用锗材料，镜头的F数为0.7。
[0040] 入射光从第一透镜1入射，通过孔径光阑5再传播经过第二透镜2和第三透镜3，最后会聚在成像面42上。
[0041] 本发明实现的性能指标有：
[0042] 1.焦距：f’=30mm；
[0043] 2.F数：F=0.7；
[0044] 3.视场角：2ω=15.5°；
[0045] 4.工作波段：8～12μm；
[0046] 5.分辨率:与像元大小17μm，像素384×288的非制冷探测器匹配；
[0047] 6. 工作温度：-40℃ ～ +55℃；
[0048] 7.光学透过率≥80%；
[0049] 8.全视场最大畸变＜2%。
[0050] 再进一步，所述的第三透镜3和探测器4之间设置有挡板，由于在光学系统最后一面与探测器靶面之间设置挡板机构，挡板切入光路时，可起到校正红外图像的作用。
[0051] 该光学系统具体的设计参数如下表一：
[0052] 表一 光学系统具体的设计参数表
[0053]
[0054] 表一中，面2、面4 为非球面。
[0055] 具体非球面数据见表二。
[0056] 第一透镜1和第二透镜2的凹面为非球面，且非球面满足如下公式：
[0057] ，
[0058] 其中，Z(Y)为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；R为镜片的曲率半径；A4、A6、A8、A10分别为非球面四阶系数、六阶系数、八阶系数和十阶系数；
[0059] 表二 非球面数据
[0060]
[0061] 通过实际量产加工装调验证，本镜头具备结构简单、体积小、重量轻，光学透过率高，通光量大等优点。此外，系统公差不敏感，便于大批量生产。
[0062] 最后应当说明的是：本发明并不仅限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员应当理解，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下进行修改或者等同替换。
