长波红外5mm光学被动消热差镜头技术领域
本发明涉及一种长波红外5mm光学被动消热差镜头。
背景技术
随着红外光学技术的发展，红外光学镜头的使用范围越来越广，在一些许多的使
用场合中，红外镜头的工作温度变化范围很大。当镜头的使用温度发生变化时，由于光学、
机械材料的热胀冷缩以及光学材料折射率随温度的变化，必然会导致光学系统靶面偏移，
进而导致成像质量下降。因此，在进行光学系统设计中，必须采用消热差技术使红外镜头在
一个较大的温度变化范围内均具有良好的成像质量。
光学系统的消热差技术可分为主动消热差和被动式消热差两类，主动式消热差是
利用测温技术与伺服技术调焦实现的，系统结构复杂。被动式消热差又分为机械被动式消
热差和光学被动式消热差两种：机械被动式消热差技术一般是利用镜体材料产生与焦面漂
移反向、等量的热变形来实现的；光学被动式消热差技术是利用光学材料热特性之间的差
异，通过合理分配材料和光焦度，消除光学系统最佳像面随温度的偏移。其中机械被动式消
热差技术的无热化效果及可靠性差，且镜头尺寸偏大偏重，而光学被动式消热差技术与其
他消热差技术相比，具有结构简单、质量轻，无需额外添加调焦机构、成本低、可靠性高等优
点。因此，光学被动消热差技术成为目前研究的热点。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种长波红外5mm光学
被动消热差镜头。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种长波红外5mm光学被动消热差
镜头，包括主镜筒、设置在主镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线自左向右入射方
向依次设置的负弯月透镜A、第一双凸透镜B、固定光阑C、第二双凸透镜D。
进一步的，所述负弯月透镜A和双凸透镜B之间的空气间隔是1.52mm，所述第一双
凸透镜B和固定光阑C之间的空气间隔是5.43mm，所述固定光阑与第二双凸透镜D之间的空
气间隔是2.13mm。
进一步的，所述负弯月透镜A、第一双凸透镜B及第二双凸透镜D均采用的是同一种
长波红外硫系玻璃制成。
进一步的，所述第二双凸透镜的D物侧面为非球面。
进一步的，所述非球面满足下列表达式：
式中，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=1/R，R
表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。
进一步的，所述主镜筒内部设置有A片压圈、AB隔圈、C片压圈，A片压圈设置于负弯
月透镜A左侧，AB隔圈设置于负弯月透镜A、第一双凸透镜B之间，C片压圈第二双凸透镜D右
侧。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：镜头结构简单、紧凑，克服温度对红
外镜头成像性能的影响。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明的光学系统示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明在常温（20℃）下的MTF图；
图4 为本发明在高温（80℃）下的MTF图；
图5 为本发明在低温（-40℃）下的MTF图。
图中：A-负弯月透镜A、B-第一双凸透镜B、C-固定光阑C、D-第二双凸透镜D、1-A片
压圈，2-AB隔圈，3-主镜筒，4-C片压圈。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详
细说明如下。
如图1~5所示，一种长波红外5mm光学被动消热差镜头，包括主镜筒、设置在主镜筒
内的光学系统，所述光学系统包括沿光线自左向右入射方向依次设置的负弯月透镜A、第一
双凸透镜B、固定光阑C、第二双凸透镜D。
在本实施例中，所述负弯月透镜A和双凸透镜B之间的空气间隔是1.52mm，所述第
一双凸透镜B和固定光阑C之间的空气间隔是5.43mm，所述固定光阑与第二双凸透镜D之间
的空气间隔是2.13mm。
光学元件参数如下表：
在本实施例中，面1的间距是指面1与面2表面之间的中心距离，其他以此类推。
在本实施例中，所述负弯月透镜A、第一双凸透镜B及第二双凸透镜D均采用的是同
一种长波红外硫系玻璃制成，在光学设计中，通过合理分配各镜片光焦度，采用具有低温度
折射率系数（dn/dt）特点的红外硫系玻璃，实现温度自适应的光学被动消热差。
在本实施例中，所述第二双凸透镜的D物侧面为非球面。
在本实施例中，所述非球面满足下列表达式：
式中，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=1/R，R
表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。
非球面数据如下：
在本实施例中，镜头采用一体的形式将光学系统安置在主镜筒内，所述主镜筒内部设
置有A片压圈、AB隔圈、C片压圈，A片压圈设置于负弯月透镜A左侧用于将负弯月透镜A锁紧
在主镜筒上，AB隔圈设置于负弯月透镜A、第一双凸透镜B之间，C片压圈第二双凸透镜D右侧
用于将第二双凸透镜D锁紧在主镜筒上。
本发明的光学系统达到了如下的技术指标：
（1）工作波段：8μm-12μm；（2）焦距：f′=5.0mm；（3）探测器：长波红外非制冷型160*120，
25μm；（4）视场角：43.0°（H）×32.4°（V）；（5）相对孔径D/ f′：1/1.0；（6）光学总长23.0mm。
在本实施例中，本镜头可以与长波红外非制冷型160*120 25um探测器匹配，执行
测温、安防监控等任务。
本发明具有以下有益效果：镜头结构简单、紧凑，克服温度对红外镜头成像性能的
影响，通过合理分配各镜片光焦度，采用具有低温度折射率系数（dn/dt）特点的红外硫系玻
璃，实现温度自适应的光学被动消热差，使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内保
持良好的成像质量，降低了镜片的加工难度与成本。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各
种形式的长波红外5mm光学被动消热差镜头。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与
修饰，皆应属本发明的涵盖范围。