1.本发明涉及光学镜头领域，具体涉及一种小型化可交换式中波红外镜。
背景技术：
2.在石油、石化、环保、安监、电力等领域，利用红外成像技术作为气体检测的有效手段，已经得到越来越多的应用。红外成像技术具有高精度、高可靠性、远距离、大范围、良好的抗干扰能力等优点。而中波红外成像相比较于长波红外成像，在气体检测中精度更高，距离更远，响应速度更快，因而其应用前景将会越来越广阔。作为其组成部分的中波红外镜头就应运而生。
3.用于气体检测的中波红外镜头要求小f数和小型化。在现有的技术报道中，中国专利cn113448063b公开了一种大视场大相对孔径中波红外镜头，该镜头为小f数1.05，但采用4片透镜，镜片较多，体积较大。中国专利cn 210090811 u公开了一种紧凑型中波制冷红外电动镜头，该镜头f数2，焦距25总长已达90.4，体积较大，且单一焦距不能适应不同距离及环境的使用需求。
技术实现要素：
4.本发明要解决的技术问题是，现有的技术报道中，中国专利cn113448063b公开了一种大视场大相对孔径中波红外镜头，该镜头为小f数1.05，但采用4片透镜，镜片较多，体积较大。中国专利cn 210090811u公开了一种紧凑型中波制冷红外电动镜头，该镜头f数2，焦距25总长已达90.4，体积较大，且单一焦距不能适应不同距离及环境的使用需求，故提供一种小型化可交换式中波红外镜，使其解决以上问题。
5.本发明解决技术问题采用的技术方案是：一种小型化可交换式中波红外镜，中波红外镜由物方到成像方依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、中波探测器光阑及像面，所述第一透镜由一片凸面朝向物侧的弯月型锗透镜构成，所述第二透镜由一片凹面朝向物侧的弯月型锗透镜构成，所述第三透镜具有正屈光度，由一片凸面朝向物侧的弯月型硅透镜构成，所述第一透镜与所述第二透镜各包括有一非球面，其余均为球面。
6.进一步地，所述第一透镜用于汇聚收光及改善像差。
7.进一步地，所述第二透镜用于汇聚收光及改善像差。
8.进一步地，所述第三透镜用于汇聚收光和补偿系统在不同温度和不同物距下像面位置的偏移。
9.进一步地，不改变所述第三透镜的情况下，更换所述第一透镜与第二透镜，可以实现不同焦距的切换。
10.进一步地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的焦距满足如下关系式：
11.|f1|》100；
12.|f2|》50；
13.15《|f3|《75；
14.其中f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距。
15.进一步地，所述f1数值为-445.9，f2数值为1017.6，f3数值为23.28，或所述f1数值为127.12，f2数值为-57.71，f3数值为23.28
16.进一步地，所述非球面满足下列表达式：
[0017][0018]
其中：z为非球面沿光轴方向的透镜矢高；c＝1/r，r为非球面顶点半径，r为透镜垂直于光轴方向的半口径，k为二次曲面参数，a、b、c、d为非球面系数。
[0019]
进一步地，所述中波红外镜焦距20mm，f数1.2，视场角27
°×
21.7
°
，总长60。
[0020]
进一步地，或所述中波红外镜焦距50mm，f数1.2，视场角11
°×
8.8
°
，总长110。
[0021]
本发明具有以下优点：本发明只有三片镜片，包括两个非球面，结构简单，体积较小，同时，不同焦距的镜头可以共用最后一片透镜，从而在交换镜头时可以保持最后一片透镜不变，这样可以有效的降低成本；且本发明，除具有高精度、高可靠性、远距离、大范围、良好的抗干扰能力等优点，还能满足小f数小型化的要求，同时，不同焦距的镜头可以共用最后一片透镜，从而在交换镜头时可以保持最后一片透镜不变，这样可以有效的降低成本，可很好的应用于气体检测领域。
附图说明
[0022]
图1是本发明优选实施例1中波红外镜头光学系统的光路图；
[0023]
图2是本发明优选实施例1中镜头的mtf曲线示意图；
[0024]
图3是本发明优选实施例2中波红外镜头光学系统的光路图；
[0025]
图4是本发明优选实施例2中镜头的mtf曲线示意图。
[0026]
附图标记说明：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、中波探测器光阑；5、像面。
具体实施方式
[0027]
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0028]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
[0029]
下面将以具体实施例对本发明的中波红外镜头进行详细说明。
[0030]
请结合参阅图1-图4，本发明一种小型化可交换式中波红外镜，中波红外镜由物方到成像方依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、中波探测器光阑及像面，第一透镜由一片凸面朝向物侧的弯月型锗透镜构成，第二透镜由一片凹面朝向物侧的弯月型锗透镜构成，第三透镜具有正屈光度，由一片凸面朝向物侧的弯月型硅透镜构成，第一透镜与第二透
镜各包括有一非球面，其余均为球面。
[0031]
第一透镜用于汇聚收光及改善像差，第二透镜用于汇聚收光及改善像差，第三透镜用于汇聚收光和补偿系统在不同温度和不同物距下像面位置的偏移，在不改变第三透镜的情况下，更换第一透镜与第二透镜，可以实现不同焦距的切换。
[0032]
实施例1，一种小型化可交换式中波红外镜头，焦距20mm，f数1.2，视场角27
°×
21.7
°
，总长60。如图1所示，由物方到成像方依次包括第一透镜1，第二透镜2，第三透镜3，中波探测器光阑4及像面5。第一透镜1由一片凸面朝向物侧的弯月型锗透镜构成。第二透镜2由一片凹面朝向物侧的弯月型锗透镜构成。第三透镜3具有正屈光度，由一片凸面朝向物侧的弯月型硅透镜构成。整个镜头由三片透镜组成，其中，第一透镜1和第二透镜2各包括有一非球面，其余均为球面。
[0033]
优选地，所述的三片透镜的焦距满足如下关系：
[0034]
|f1|》100；
[0035]
|f2|》50；
[0036]
15《|f3|《75；
[0037]
其中，f1为所述第一透镜1的焦距-445.9，f2为所述第二透镜2的焦距1017.6，f3为所述第三透镜3的焦距23.28。
[0038]
本实施例的mtf解像曲线如图2所示，其中，横坐标表示线对/毫米的空间频率，纵坐标表示mtf值。从图2可以看出，本实施例在中心区域内17lp/mm的空间频率内展现了较好的对比度、满足人眼观察的要求。
[0039]
表一所述为实施例1的小型化可交换式中波红外镜头的3片透镜及中波探测器光阑面共七个面，其曲率半径、镜片中心厚、镜片中心距、镜片折射率满足以下条件：
[0040]
表一
[0041]
面序号面型r(曲率半径)d(中心距)nd(折射率)1球面60.46 2非球面53.59.994.033球面-196 4非球面-23.37104.035球面505 6球面40010.513.437光阑infinity0.4 [0042]
表中面序号为2、4的面为非球面，非球面镜片满足如下公式：
[0043][0044]
其中：z为非球面沿光轴方向的透镜矢高；c＝1/r，r为非球面顶点半径，r为透镜垂直于光轴方向的半口径，k为二次曲面参数，a、b、c、d为非球面系数。本实施例1中非球面面型参数见表二：
[0045]
表二
[0046]
面序号k(二次曲面常数)a(4阶系数)b(6阶系数)c(8阶系数)d(8阶系数)
2-0.284.48e-0063.19e-008-1.14e-0105.02e-013 4-0.74-6.55e-006-1.18e-0089.34e-012-5.97e-014
[0047]
实施例2，一种小型化可交换式中波红外镜头，焦距50mm，f数1.2，视场角11
°×
8.8
°
，总长110。如图3所示，由物方到成像方依次包括第一透镜1，第二透镜2，第三透镜3，中波探测器光阑4及像面5。第一透镜1由一片凸面朝向物侧的弯月型锗透镜构成。第二透镜2由一片凹面朝向物侧的弯月型锗透镜构成。第三透镜3具有正屈光度，由一片凸面朝向物侧的弯月型硅透镜构成。整个镜头由三片透镜组成，其中，第一透镜1和第二透镜2各包括有一非球面，其余均为球面。
[0048]
优选地，所述的三片透镜的焦距满足如下关系：
[0049]
|f1|》100；
[0050]
|f2|》50；
[0051]
15《|f3|《75；
[0052]
其中，f1为所述第一透镜1的焦距127.12，f2为所述第二透镜2的焦距-57.71，f3为所述第三透镜3的焦距23.28。
[0053]
本实施例的mtf解像曲线如图4所示，其中，横坐标表示线对/毫米的空间频率，纵坐标表示mtf值。从图2可以看出，本实施例在中心区域内17lp/mm的空间频率内展现了较好的对比度、满足人眼观察的要求。
[0054]
表三所述为实施例2的小型化可交换式中波红外镜头的3片透镜及中波探测器光阑面共七个面，其曲率半径、镜片中心厚、镜片中心距、镜片折射率满足以下条件：
[0055]
表三
[0056]
面序号面型r(曲率半径)d(中心距)nd(折射率)1球面100.26 2非球面129.2361.994.033球面-148.46 4非球面-99884.035球面505 6球面40010.513.437光阑infinity0.4 [0057]
表中面序号为2、4的面为非球面。
[0058]
本实施例2中非球面面型参数见表四：
[0059]
表四
[0060]
面序号k(二次曲面常数)a(4阶系数)b(6阶系数)c(8阶系数)d(8阶系数)2-6.644.3e-007-6.04e-0112.02e-014-3.59e-018 4881.81e-006-1.86e-0091.26e-011-1.88e-014
[0061]
从实施例1和实施例2可以看到，不同焦距的镜头可以共用第三透镜，从而在交换镜头时可以保持第三透镜不变，这样可以有效的降低成本，可很好的应用于气体检测领域。
[0062]
本发明，除具有高精度、高可靠性、远距离、大范围、良好的抗干扰能力等优点，还能满足小f数小型化的要求，同时，不同焦距的镜头可以共用最后一片透镜，从而在交换镜头时可以保持最后一片透镜不变，这样可以有效的降低成本，可很好的应用于气体检测领
域。
[0063]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0064]
本发明中其他未详述部分均属于现有技术，故在此不再赘述。
[0065]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。