一种可见光无热化光学系统的制作方法

本实用新型属于光学系统领域，涉及一种可见光无热化光学系统。

背景技术：

电视制导是利用电视摄像机作为制导系统的敏感元件，通过电视摄像机获得目标的图像信息，并根据图像信息形成控制信号，控制和引导导弹飞向目标的一种制导方式。目前采用的消热差技术分为三类：机电主动式、机械被动式和光学被动式，由于机电主动式和机械被动式会使系统变得复杂，例如体积增大，可靠性降低；而光学被动式具有结构简单、质量轻和可靠性高等特点，是很多红外光学系统消热差的主要方法。可见光系统与红外系统由于材料选择范围以及系统的复杂程度不同，所以红外光学系统的消热差设计不能直接应用到可见光系统中。现有应用到电视制导领域中的可见光光学系统通常采用三片透镜，镜片之间光学间隔较大；虽然可见光玻璃的dn/dT(折射率/温度系数)较红外材料小，但是环境温度的变化依然能够影响光学系统的成像质量的(环境温度变化造成光学系统离焦，进而导致成像质量下降)。此外，镜片之间光学间隔大也会影响系统的成像质量。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种可见光无热化的系统，以改变镜头因温度变化而产生的热离焦，导致成像质量变差的情况。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种可见光无热化光学系统，所述系统包括沿光线入射方向从物方向像方依次设置的具有正屈光度的第一透镜(1)，具有正屈光度的第二透镜(2)，具有正屈光度的第三透镜(3)和具有负屈光度的第四透镜(4)；所述透镜的凸面朝向物方；

其中，所述第一透镜(1)透镜为双胶合透镜，由一具有正屈光度的透镜Ⅰ(6)和一具有负屈光度透镜Ⅱ(7)组成；可以矫正近轴球差和矫正色差。

进一步的，所述系统还包括设置于第一透镜(1)物方侧的石英球罩(5)。

进一步的，所述第一透镜(1)的焦距f1，第二透镜(2)的焦距f2，第三透镜(3)的焦距f3，第四透镜(4)的焦距f4，满足公式：0.98<f1/f2<1.82；0.6<f1/f3<1.6；-3.24<f1/f4<-1.82。

进一步的，所述第二透镜(2)的焦距f2，第三透镜(3)的焦距f3，第四透镜(4)的焦距f4，满足公式：0.61<f2/f3<0.88；-1.92<f2/f4<-1.77。

进一步的，所述第三透镜(3)的焦距f3，第四透镜(4)的焦距f4，满足公式：-2.02<f3/f4<-2.94。

进一步的，所述透镜的表面均为球面。

进一步的，所述透镜采用钢材料进行连接。

进一步的，所述系统的焦距为80～100mm，F数为2.5～3.2，视场角为3.4～4.8°。

有益效果

本实用新型的整个光学系统具有结构简单、易加工和成本低的优点。所述系统通过设置合理的透镜个数并选择合适的光焦度，使各透镜间的空气间隔减小，系统尺寸大小满足使用要求，使得选用可见光系统中常用的玻璃材料，就可以保证在-40℃～60℃温度范围内获得良好稳定的成像质量。

附图说明

图1为所述可见光无热化光学系统的结构示意图；

图2为所述系统在-40℃时的光学传递函数图；

图3为所述系统在20℃时的光学传递函数图；

图4为所述系统在60℃时的光学传递函数图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所述，图中，A为物侧，B为像侧，一种可见光无热化光学系统，所述系统包括石英球罩5，具有正屈光度的第一透镜1，具有正屈光度的第二透镜2，具有正屈光度的第三透镜3和具有负屈光度的第四透镜4。

其中，所述第一透镜1为双胶合透镜，由一具有正屈光度的透镜Ⅰ6和一具有负屈光度透镜Ⅱ7胶合而成。

所述第一透镜1的焦距f1，第二透镜2的焦距f2，第三透镜3的焦距f3，第四透镜4的焦距f4，满足公式：0.98<f1/f2<1.82；0.6<f1/f3<1.6；-3.24<f1/f4<-1.82；0.61<f2/f3<0.88；-1.92<f2/f4<-1.77；-2.02<f3/f4<-2.94。

所述光学系统的镜筒采用钢材料或热膨胀系数更小的材料。由于可见光玻璃的热膨胀系数与铝合金材料相差并不大，但由于镜片之间光学间隔较大，也会导致光学系统成像质量变差，所以所述系统通过设置4组透镜，并给予合适的光焦度，各透镜连接时选用钢材料或热膨胀系数更小的材料即可满足使用要求。

所述系统的焦距为80～100mm，F数为2.5～3.2，视场角为3.4～4.8°。

本实施例中为了更好的校正球差和色差选用双胶合透镜。同时可见光玻璃材料折射率相差不大，光学系统中光线更加平滑，像差更加校正。

光学被动消热差系统满足总光焦度、轴向色差以及消热差设计3个方程：

1)光焦度分配满足：

2)消色差满足：

3)消热差满足：

式中：hi为第一近轴光线在各透镜组的高度；φ为系统的总光焦度；φi为各个透镜的光焦度，vi为色散因子，dφi为各透镜的光焦度变化量，dT为温度变化量，αL镜筒的热膨胀系数，L为镜筒长度。

即光学系统可以通过光学材料的膨胀系数、透镜面型和光焦度适当分配等从而实现系统的消热差设计。

实施例1

本实施例中，工作波段为486nm～656nm；焦距为90mm；F/#为2.8；视场角2w＝4.16°；透过率＞85％。所述光学系统参数，如表1所示。

表1

其中，所述材料中，SiO2的生产厂家为德国肖特微晶玻璃公司(SCHOTT)；HZF6、HZK3、HK11、HQK3L和HK9L的生产厂家为成都光明光电股份有限公司(CDGM)。

整个光学系统采用光学被动式，无需机电装置，具有结构简单，镜片易加工，可靠性高。

图2至图4为所述消热差系统在-40℃，20℃，60℃时的光学传递函数图，横轴表示每毫米的线对数，纵值为调制传递函数值。从图中可以看出在-40℃～60℃温度范围内系统均可以获得良好的成像质量。

实用新型包括但不限于以上实施例，凡是在本实用新型的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本实用新型的保护范围之内。