[实用新型]一种超强光大视场温度自适应红外镜头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种红外镜头，尤其涉及一种用于工作环境温度变化大的红外镜头。

背景技术

红外镜头是红外成像光学仪器的重要部件，负责接收目标辐射的红外光线，并将其会聚成像于红外探测器件上。由于热胀冷缩现象，红外镜头的零部件尺寸会发生变化，光学材料的折射率会随温度变化发生变化，光学材料折射率随温度的变化用光热系数(dn/dt)来描述。由于这些因素，温度变化时，红外镜头的焦距、后工作距发生变化，产生离焦现象，降低成像清晰度，严重时，系统无法成像。特别是在红外光学系统中，常用的光学材料的光热系数较大；而红外光学仪器的使用温度范围宽，成像质量要求高；红外镜头焦深小，对调焦准确度要求高。就需要采取技术措施，减弱或消除使用环境温度变化对红外镜头成像的影响，这就是温度自适应技术。

现有的温度自适应技术分为主动式和被动式。主动式温度自适应技术利用温度传感器测量环境温度，经微处理器计算、分析后，形成驱动信号，通过电机驱动镜头产生调焦运动，达到温度补偿目的。这种方式，需要精密补偿装置，机构复杂，可靠性差。被动式温度自适应技术则在镜头内部实现温度补偿，结构简单，可靠性高，但设计难度高，它又有两种实现方式：1)机械被动式温度自适应技术。采用温度敏感性材料制造确定的结构件，当镜头使用环境温度变化时，该构件由于热胀冷缩现象产生与镜头温度离焦量方向相反、数量相等的长度变化，实现温度补偿。2)光学被动式温度自适应技术。利用不同光热特性的光学材料，相互组合，使其温度变化互补，实现温度补偿。

目前，用于致冷型探测器的温度自适应红外镜头其F数一般不小于2.0，体积大，光学结构复杂。非致冷探测器的光电效率较低，需要小F数的镜头，以镜头的强光特性提供高的像面照度，实现目标探测。实用的红外系统必须对热差进行补偿，但当镜头的F数较小、视场角较大时，设计很难实现，目前多采用像面调焦的方式对镜头的热差进行对焦补偿，属于机械补偿技术。目前的报道中只有利用光学消热差技术设计大F数，小视场的温度自适应镜头。光学被动消热差技术在小F数，大视场的温度自适应镜头上的设计难度大。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种温度自适应红外光学镜头，可在-40℃～72℃温度范围内清晰成像，实现温度自适应调节，以解决红外成像光学仪器由于使用环境温度变化而产生的离焦、成像质量下降的现象。

本实用新型所述的超强光大视场温度自适应红外镜头，由第一透镜、第二透镜和第三透镜三片透镜组成，透镜光焦度依次为正、负、正结构。第一透镜采用低光热系数硫系玻璃材料，也可据镜头技术指标及设计需要选用硒化锌、硫化锌材料；第二透镜和第三透镜采用光学锗单晶材料。其工作原理是第二透镜产生正热差，与第一透镜、第三透镜产生的负热差及镜头结构件的热胀冷缩相补偿，实现镜头的温度自适应。“正、负、正”对称式光学结构有利于光学镜头的像差校正，并利用非球面、二元光学(DOE)技术校正高级像差，从而实现红外镜头的超强光、大视场功能。

本实现新型经使用证明：镜头结构简单，在-40℃～72℃的温度范围，镜头温度补偿准确、可靠，成像清晰，技术参数稳定；镜头具有超强光、大视场特性，能提高热成像仪的可分辨温差、作用距离、观察范围等技术性能。

附图说明

图1是本实用新型的光学原理图；

图2是本实用新型的结构图；

图3是实施例在20℃时的光学传递函数曲线图；

图4是实施例在-40℃时的光学传递函数曲线图；

图5是实施例在72℃时的光学传递函数曲线图；

图6是一不具有热补偿功能的镜头光学原理图；

图7是图6镜头在20℃、-20℃、60℃时的光学传递函数曲线图；

图中，1为第一透镜，2为第二透镜，3为第三透镜，4为红外探测器保护窗口，5为红外探测器焦平面，6为热像仪壳体，7为定焦环，8为第二隔圈，9为第一隔圈，10为压紧圈，11为镜体。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明。