CN203870317U - 一种红外定焦镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种红外定焦镜头，包括：镜筒，以及沿光线入射方向依次设置在所述镜筒中的光阑、第一正弯月形透镜、第二正弯月形透镜；其中：所述光阑被设置在所述第一正弯月形透镜的前表面上。本实用新型有效地解决了现有技术的非制冷型探测器的灵敏度低的问题。本实用新型通过提供集光能力强的镜头，提高了非制冷型探测器的灵敏度。

Description

一种红外定焦镜头

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，特别是涉及一种红外定焦镜头。

背景技术

自从上世纪九十年代起，非制冷凝视型红外热像仪开始应用。非制冷红外热像仪具有可靠性高、成本低、功耗小、重量轻、小型化、启动快、使用方便灵活等优点。非制冷红外焦平面阵列技术已由小规模发展到中、大规模，像素由50μm缩小到25μm甚至更小，加之非球面等透镜加工技术越来越成熟，所以这种非制冷凝视型红外热像仪的应用越来越广泛。

但是，非制冷凝视型红外热像仪中的探测器（非制冷型探测器）的灵敏度低，影响了非制冷型探测器的镜头成像质量。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型提供了一种红外定焦镜头，用以解决现有技术非制冷型探测器的灵敏度低，影响了非制冷型探测器的镜头成像质量的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案来解决的。

本实用新型提供一种红外定焦镜头，包括：镜筒，以及沿光线入射方向依次设置在所述镜筒中的光阑、第一正弯月形透镜、第二正弯月形透镜；其中：所述光阑被设置在所述第一正弯月形透镜的前表面上。

其中，所述镜头满足以下条件：所述镜头的F数满足F=1；所述镜头的焦距f’=61mm；所述第一正弯月形透镜的焦距f_A’=82.8mm；

所述第二正弯月形透镜的焦距f_B’=54.3mm；所述第一正弯月形透镜的前表面顶点到像面的距离L=81mm。

其中，所述第一正弯月形透镜的前表面为球面、后表面为非球面，并且所述球面的球心朝向像面。

其中，所述第二正弯月形透镜的前表面为非球面、后表面为球面，并且所述球面的球心朝向物面。

其中，所述第二正弯月形透镜安装在轴向调节装置上。

其中，所述第一正弯月形透镜和所述第二正弯月形透镜的透镜材料为锗。

本实用新型有益效果如下：

本实用新型提供集光能力强的镜头，提高了镜头的成像质量。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施例的红外定焦镜头的光路图；

图2是根据本实用新型一实施例的红外定焦镜头的畸变曲线；

图3是根据本实用新型一实施例的红外定焦镜头的MTF曲线。

具体实施方式

为了解决现有技术的非制冷型探测器的灵敏度低，影响非制冷型探测器的镜头成像质量的问题，本实用新型提供了一种红外定焦镜头，以下结合附图以及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型。

如图1所示，图1是根据本实用新型一实施例的红外定焦镜头的光路图。

红外定焦镜头包括光学系统和机械系统。光学系统包括具有光学功能的一个或多个光学零部件。光学零部件例如是透镜、光阑等。机械系统包括一个或多个机械零部件。机械零部件例如是镜筒。进一步地，本实用新型红外定焦镜头包括：镜筒、光阑110、第一正弯月形透镜120、第二正弯月形透镜130、像面140。也即是镜头的机械系统包括镜筒和像面140，光学系统包括光阑110、第一正弯月形透镜120、第二正弯月形透镜130。其中，正弯月形透镜是指：透镜的光焦度为正数，透镜的两个面的曲率半径的差值的绝对值小于预定值，该预定值为经验值。在镜筒中，沿光线入射方向依次设置光阑110、第一正弯月形透镜120、第二正弯月形透镜130。光阑110设置在第一正弯月形透镜120的前表面上。第一正弯月形透镜120的前表面为球面、后表面为非球面，并且球面的球心朝向像面140。第二正弯月形透镜130的前表面为非球面、后表面为球面，并且球面的球心朝向物面。

本实用新型在镜头的光学系统中仅使用两片透镜，结构简单，镜片少，提高了红外镜头的光能透过率，并且本实用新型的第一正弯月形透镜120和第二正弯月形透镜130共用一个镜筒，有利于提高光学系统的共轴精度；本实用新型不单独设计光阑110，而是将光阑110设置在第一正弯月形透镜120的前表面上，有效降低了镜头的成本并且降低了单独设计光阑110而造成的杂散辐射问题；本实用新型在第一正弯月形透镜120和第二正弯月形透镜130中采用非球面，可以校正光学系统造成的球差和场曲，以校正光学系统的像差。从而通过上述方式提高了镜头的成像质量。

本实用新型采用大相对孔径的镜头。相对孔径是光学镜头的重要参数之一，用来表示镜头的焦距和有效孔径的比值。本实用新型优选地，采用相对孔径为1的镜头。

具体而言，本实用新型的镜头满足以下参数条件：

镜头的F数满足F=1，其中，F数是相对孔径的倒数；

光学系统的视场角为±5.6°；

设计波长8-12μm；

镜头的焦距f’=61mm；

第一正弯月形透镜120的焦距f_A’=82.8mm；

第二正弯月形透镜130的焦距f_B’=54.3mm；

第一正弯月形透镜120的前表面顶点到像面140的距离L_A=81mm；

此外，光学系统在满足上述参数条件的同时，还满足表1中的参数条件。

表1：

在表1中，距离5表示第一正弯月形透镜120的厚度，距离54.3mm表示第一正弯月形透镜120与第二正弯月形透镜130的空气间隔，距离3.5mm表示第二正弯月形透镜130的厚度，距离18.5mm表示第二正弯月形透镜130与像面140的空气间隔。

第一正弯月形透镜120和第二正弯月形透镜130可以将锗（Ge）作为透镜材料，这样可以降低光学系统的色差，并且可以控制光学系统的总重量，例如控制在92g左右。

第二正弯月形透镜130安装在轴向调节装置上，在轴向上可以移动。通过调节第二正弯月形透镜130在轴向上的位置，来调整成像质量。具体而言，通过调节第二正弯月形透镜130在轴向上的位置，补偿温度变化对光学系统像质的影响，保证光学系统能够在-55℃至60℃范围内正常使用，以及补偿物距变化引入的像面140轴向漂移影响，保证光学系统能够清晰成像。

具体而言，第一正弯月形透镜120的前表面作为红外镜头的光阑110，第一正弯月形透镜120的后表面和第二正弯月形透镜130的前表面采用非球面，非球面满足方程：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\mathrm{sqrt}\{1-(1+k)c^2{r}^2\}}+{\mathrm{Ar}}^4+{\mathrm{Br}}^6+{\mathrm{Cr}}^8+{\mathrm{Dr}}^{10}+{\mathrm{Er}}^{12}+{\mathrm{Fr}}^{14}+{\mathrm{Cr}}^{16}+{\mathrm{Hr}}^{18}+{\mathrm{Jr}}^{20};$ 其中z为坐标系z轴，c为常数，r为透镜表面的曲率半径，k为锥面系数，A、B、C、D、E、F、G、H、J都为多项矢系数，Sqrt表示平方根。根据上述参数条件，可以得到表2中的非球面数据。

表2

表面序号	k	A	B	C
					2	0	5.614717e-8	1.340230e-11	0
3	0	1.957072e-6	1.907285e-9	1.302596e-12

表2中未列出的多项矢系数D、E、F、G、H、J均为0。

基于上述参数条件和非球面数据，可以得到光学系统的畸变和球差曲线，以及MTF（Modulation Transfer Function，调制传递函数）曲线。

设计温度20℃，物距从无穷远变化到10m时，通过调节第二正弯月形透镜130的轴向位置，使其向远离像面140的方向进行补偿，对应的移动量为-0.6mm，外定焦镜头的畸变曲线如图2所示。

在物距为无穷远，温度变化范围为-55—60℃时，通过调节第二正弯月形透镜130轴向位置进行补偿，由设计温度20℃向60℃变化时，对应的第二正弯月形透镜130向靠近像面140的方向移动，最大调节量为0.4mm；由设计温度20℃向-55℃变化时，对应的第二正弯月形透镜130向远离像面140的方向移动，最大调节量为-0.4mm。红外定焦镜头的MTF曲线如图3所示。

本实用新型采用大相对孔径设计，有利于提高光学系统的集光能力和成像分辨率，并依此提高非制冷型探测器的灵敏度。本实用新型光学系统工艺性好，在透镜和镜筒加工完成后直接进行组装即可满足像质要求，不需要研修等过程，有利于批量化生产。该光学系统适用于长波8-12μm波段、像元尺寸25μm及以上的非制冷红外探测器。

尽管为示例目的，已经公开了本实用新型的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本实用新型的范围应当不限于上述实施例。

Claims (6)

1.一种红外定焦镜头，其特征在于，包括：

镜筒，以及沿光线入射方向依次设置在所述镜筒中的光阑、第一正弯月形透镜、第二正弯月形透镜；其中：所述光阑被设置在所述第一正弯月形透镜的前表面上。

2.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述镜头满足以下条件：

所述镜头的F数满足F=1；

所述镜头的焦距f’=61mm；

所述第一正弯月形透镜的焦距f_A’=82.8mm；

所述第二正弯月形透镜的焦距f_B’=54.3mm；

所述第一正弯月形透镜的前表面顶点到像面的距离L=81mm。

3.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第一正弯月形透镜的前表面为球面、后表面为非球面，并且所述球面的球心朝向像面。

4.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第二正弯月形透镜的前表面为非球面、后表面为球面，并且所述球面的球心朝向物面。

5.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第二正弯月形透镜安装在轴向调节装置上。

6.如权利要求1或2所示的镜头，其特征在于，所述第一正弯月形透镜和所述第二正弯月形透镜的透镜材料为锗。