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硫系玻璃在无热化长波红外广角镜头中的应用

Application of Chalcogenide Glass in Designing a Long Wavelength Infrared Athermalized Wide-angle Lens

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摘要

设计了一种工作波段为8~12 μm、有效焦距为5 mm、F数为2、视场角为110°的无热化长波红外广角镜头.根据红外无热化光学设计的基本原理, 用了常规红外材料硫化锌、硒化锌和硫系玻璃材料制备的六片镜片, 通过合理地分配各个镜片的光焦度以及相互间空气间隔等参量, 在全视场角为110°的范围内实现接近衍射极限的成像效果.为了更好地控制系统像差, 设计利用了硫系玻璃易于精密模压制备非球面的优点, 在两片硫系玻璃镜片上设计了3处非球面.设计结果显示: 系统在-40℃~60℃的温度范围内均可实现品质良好的红外成像, 光学调制函数全视场内均大于0.4, 同时在110°视场角时畸变控制在5%以下; 实现了在较大视场角条件下控制红外广角镜头的畸变以及系统无热化等设计要求.该系统体积紧凑、质量较轻, 整体设计符合民用红外车载镜头的使用要求.

Abstract

A Long Wavelength Infrared(LWIR) wide-angle lens whose Field Of View(FOV) is 110° was proposed. The operating wavelength of the lens is a range from 8 to 12 μm, the operating temperature range is -40℃~60℃, the effective focal length is 5mm, and the F number is 2. This design utilizes a combination of 6 lens elements that are made of chalcogenide glass materials, Zinc Sulfide, and Zinc Selenide. The optical powers of the lens elements as well as their locations were carefully calculated and optimized to simultaneously eliminate the chromatic and thermal aberrations for the designed wavelength/temperature range. Taking advantage of the superior molding capability of chalcogenide glasses, the proposed design incorporates three aspherical surfaces on lens elements fabricated with chalcogenide glasses, such that optical aberrations can be furtherly corrected. According to the design results, the proposed system can produce thermal images with a close to diffraction limited performance for the temperature range from -40℃ to 60℃. At the spatial frequency of 15 lp/mm, the Modulation Transfer Function(MTF) values of the proposed system are higher than 0.4 for the entire FOV, and at the same time, system distortion is controlled below 5%.

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补充资料

中图分类号:O439;TH74;TN216

DOI:10.3788/gzxb20164512.1211003

基金项目:国家重点研发计划(No.2016YFB030800)、发光材料与器件国家重点实验室开放基金(No. 12014-skllmd-01)、浙江省重中之重学科开放基金项(Nos. XKXL1320,XKL141039)和宁波市自然科学基金(No. 42014A610125)资助

收稿日期:2016-07-11

修改稿日期:2016-08-31

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作者单位    点击查看

王静:宁波大学 高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
吴越豪:宁波大学 高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
姜波:宁波大学 高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
戴世勋:宁波大学 高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
徐铁峰:宁波大学 高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
木锐:云南北方驰宏光电有限公司,昆明 65000

联系人作者:王静(1241991601@qq.com)

备注:王静(1992-), 女, 硕士研究生, 主要研究方向为红外光学系统设计.

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引用该论文

WANG Jing,WU Yue-hao,JIANG Bo,DAI Shi-xun,XU Tie-feng,MU Rui. Application of Chalcogenide Glass in Designing a Long Wavelength Infrared Athermalized Wide-angle Lens[J]. ACTA PHOTONICA SINICA, 2016, 45(12): 1211003

王静,吴越豪,姜波,戴世勋,徐铁峰,木锐. 硫系玻璃在无热化长波红外广角镜头中的应用[J]. 光子学报, 2016, 45(12): 1211003

被引情况

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