CN117706742A - 一种长波红外显微镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于红外光学技术领域，公开了一种长波红外显微镜头。所述镜头设有四块透镜，分别为在物面和像面之间依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；所述第一透镜、第三透镜、第四透镜为物侧面为凹面的弯月透镜，所述第二透镜为物侧面为凸面的弯月透镜；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的光焦度均为正。本长波红外显微镜头透镜数量少的同时，还具有大靶面、成像清晰的特点，工作波段为8μm‑12μm，放大倍数为3.4，物方数值孔径为0.75，可匹配像元数为640×512、像元大小为17μm的探测器使用。
Description
技术领域
本发明属于红外光学技术领域，特别涉及一种长波红外显微镜头。
背景技术
红外显微镜头是一种特殊的镜头，利用红外光而不是可见光。装设有红外显微镜头的红外热成像仪可将标的物主体细节表现出来，主要应用于在电力系统和设备维修检查中电力、电讯设备过热故障预知检测、生物领域热成像分析，刑侦领域中罪犯痕迹与物证鉴定等。普通的长波红外成像镜头，由于工作距离和放大倍率的限制，无法在近距离高性能地成像，不能分辨出标的物温度分布细节。
现有技术的红外显微镜头为了获取清晰的成像，往往设有多块透镜，结构复杂，且成本相对较高。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提出了一种长波红外显微镜头，具有大靶面、成像清晰的特点，并且透镜数量少；具体技术方案如下：
一种长波红外显微镜头，所述镜头设有四块透镜，分别为在物面和像面之间依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；所述第一透镜、第三透镜、第四透镜为物侧面为凹面的弯月透镜，所述第二透镜为物侧面为凸面的弯月透镜；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的光焦度均为正。
进一步地，所述第一透镜的中心厚度为5.75mm，物侧面曲率半径为-44.964mm，像侧面曲率半径为-35.573mm；所述第二透镜的中心厚度为5.75mm，物侧面曲率半径为57.771mm，像侧面曲率半径为60.751mm；所述第三透镜的中心厚度为6.16mm，物侧面曲率半径为-83.810mm，像侧面曲率半径为 -71.010mm；所述第四透镜的中心厚度为5.51mm，物侧面曲率半径为-157.741mm，像侧面曲率半径为 -121.822mm；所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为20.06mm；所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为25.22mm；所述第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为5.17mm。
进一步地，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜的材质为锗单晶，第二透镜的材质为硒化锌。
进一步地，所述第一透镜的物侧面、第三透镜的物侧面、第四透镜的物侧面为非球面，并满足非球面公式：
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R；R为镜面的近轴曲率拟合半径；k为圆锥系数；A、B、C、D、E为高次非球面系数。
进一步地，所述第三透镜的物侧面为衍射面，并满足衍射面在Zemax中的表达方程：M(B1ρ2+B2ρ4)；其中，M为衍射级次，衍射级次为1，B1、B2为衍射面位相系数，B1＝-25.910，B2＝-10.807，归化半径ρ为27。
进一步地，所述第三透镜的物侧面设有光阑。
进一步地，所述镜头工作波段为8μm-12μm，放大倍数为3.4，物方数值孔径为0.75，像元数为640×512，像元大小为17μm。
与现有技术相比，上述技术方案之一或多个技术方案能达到至少以下有益效果之一：
本发明镜头具有大靶面、成像清晰的特点的同时，镜头结构简单、透镜数量仅四块。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1长波红外显微镜头的镜片组成图；
图2为实施例1长波红外显微镜头的光路图；
图3为实施例1长波红外显微镜头的点列图；
图4为实施例1长波红外显微镜头的MTF图。
附图标记：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜、5、保护窗口；6、像面；7、物面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。
实施例1
本实施例提供一种长波红外显微镜头。
如图1所示，长波红外显微镜头设有四块透镜，分别为在物面和像面之间依次同轴设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4；第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4为物侧面为凹面的弯月透镜，第二透镜2为物侧面为凸面的弯月透镜；第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4的光焦度均为正。第三透镜3的物侧面设有光阑。
如图2所示，光束从左至右依次通过第一透镜1、第二透镜2、光阑、第三透镜3、第四透镜4后，通过探测器的保护窗口5在像面6上成像。
如表1所示，作为一种具体实施方式，第一透镜1的中心厚度为5.75mm，物侧面曲率半径为-44.964mm，像侧面曲率半径为-35.573mm；第二透镜2的中心厚度为5.75mm，物侧面曲率半径为57.771mm，像侧面曲率半径为60.751mm；第三透镜3的中心厚度为6.16mm，物侧面曲率半径为-83.810mm，像侧面曲率半径为-71.010mm；第四透镜4的中心厚度为5.51mm，物侧面曲率半径为-157.741mm，像侧面曲率半径为-121.822mm；第一透镜1与第二透镜2之间的空气间隔为20.06mm；第二透镜2与第三透镜3之间的空气间隔为25.22mm；第三透镜3与第四透镜4之间的空气间隔为5.17mm。物面7与第一透镜1之间的空气间隔为20mm。
可以理解的是，沿光轴方向从左至右，左侧为物侧，右侧为像侧，如第一透镜1的S1面为物侧面，S2面为像侧面。其他透镜此处不再赘述。
表1各部件参数
作为具体实施方式，第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4的材质为锗单晶，第二透镜2的材质为硒化锌。
表2 透镜的非球面数据
作为一种具体实施方式，如表2所示，第一透镜的物侧面S1、第三透镜的物侧面S5、第四透镜的物侧面S7为非球面，并满足非球面公式：
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R；R为镜面的近轴曲率拟合半径；k为圆锥系数；A、B、C、D、E为高次非球面系数。
第三透镜的物侧面S5为衍射面，并满足衍射面在Zemax中的表达方程：M(B1ρ2+B2ρ4)；其中，M为衍射级次，衍射级次为1，B1、B2为衍射面位相系数，B1＝-25.910，B2＝-10.807，归化半径ρ为27。
图3、图4分别为长波红外显微镜头在放大倍率为3.4时的点列图、MTF图。MTF图中，横轴代表不同的空间频率，竖轴代表调制度。所有视场代表子午平面的MTF曲线。可以看出MTF接近衍射极限，弥散斑均方根直径小于艾里斑直径，像质良好。
本实施例的长波红外显微镜头工作波段为8μm-12μm，放大倍数为3.4，物方数值孔径为0.75，工作F数为2.26，像元数为640×512，像元大小为17μm。本实施例的长波红外显微镜头结构简洁、靶面大、成像清晰。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。
Claims (7)
1.一种长波红外显微镜头，其特征在于，所述镜头设有四块透镜，分别为在物面和像面之间依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；所述第一透镜、第三透镜、第四透镜为物侧面为凹面的弯月透镜，所述第二透镜为物侧面为凸面的弯月透镜；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的光焦度均为正。
2.根据权利要求1所述长波红外显微镜头，其特征在于，所述第一透镜的中心厚度为5.75mm，物侧面曲率半径为-44.964mm，像侧面曲率半径为-35.573mm；所述第二透镜的中心厚度为5.75mm，物侧面曲率半径为57.771mm，像侧面曲率半径为60.751mm；所述第三透镜的中心厚度为6.16mm，物侧面曲率半径为-83.810mm，像侧面曲率半径为-71.010mm；所述第四透镜的中心厚度为5.51mm，物侧面曲率半径-157.741mm，像侧面曲率半径为-121.822mm；所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为20.06mm；所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为25.22mm；所述第三透镜与第四透镜之间的空气间隔为5.17mm。
3.根据权利要求1所述长波红外显微镜头，其特征在于，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜的材质为锗单晶，第二透镜的材质为硒化锌。
4.根据权利要求1所述长波红外显微镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面、第三透镜的物侧面、第四透镜的物侧面为非球面，并满足非球面公式：
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R；R为镜面的近轴曲率拟合半径；k为圆锥系数；A、B、C、D、E为高次非球面系数。
5.根据权利要求4所述长波红外显微镜头，其特征在于，所述第三透镜的物侧面为衍射面，并满足衍射面在Zemax中的表达方程： M(B1ρ2+B2ρ4)；其中，M为衍射级次，衍射级次为1，B1、B2为衍射面位相系数，B1＝-25.910，B2＝-10.807，归化半径ρ为27。
6.根据权利要求1所述长波红外显微镜头，其特征在于，第三透镜的物侧面设有光阑。
7.根据权利要求1至6任意一项所述长波红外显微镜头，其特征在于，所述镜头工作波段为8μm-12μm，放大倍数3.4，物方数值孔径为0.75，像元数为640×512，像元大小为17μm。
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