CN208984871U - 一种大视场长波红外鱼眼镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大视场长波红外鱼眼镜头，从物方至像方依次有五组透镜，包括：具有负光焦度的第一透镜，为一片凸面朝向物方的弯月形锗负透镜；具有负光焦度的第二透镜，为一片双凹形的锗负透镜；具有正光焦度的第三透镜，为一片弯月形的锗正透镜；具有正光焦度的第四透镜，为一片凸面朝向像方的弯月形锗负透镜；具有正光焦度的第五透镜，为一片平凸形锗正透镜。本实用新型可在190°大视场范围内成像，同时F数为1，适用于800x600，像元大小17μm的长波非制冷探测器；在长波波段有良好的成像效果，光轴稳定性高，结构稳定，光学视场大；相比同类型镜头体积小，重量轻，更经济实用。
Description
技术领域
本实用新型属于光学技术领域，涉及一种用于长波红外非制冷探测器的大视场长波红外鱼眼镜头。
背景技术
鱼眼镜头是属于超广角镜头中的一种特殊镜头，它的视场超过人眼所能看到的范围。作为在可见光摄影领域有突出表现的一种镜头，在红外领域也开始慢慢变得开始被重视了起来。在导航、监视、定位等方面，特别是现在战争对信息获取技术的需求，鱼眼镜头都有着一定的优势。鱼眼镜头的设计又与一般成像镜头设计有着一定的区别，具有平面对称光学系统的成像特性，赛德尔像差理论不适用于此。因此在大视场的追求上与成像质量上存在一定的取舍。因此需要一种在满足一定成像效果的基础上，视场做的尽量大的红外鱼眼镜头。
实用新型内容
本实用新型提供了一种大视场长波红外鱼眼镜头，要解决的技术问题是提供一种光学视场大，便于携带，体积小，成像质量高的镜头。其工作波段为8～12微米，焦距为3.91mm，F数＝1，适配分辨率为800x600，像元大小17微米的非制冷探测器，光学系统总长61.27mm，最大口径58mm。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种大视场长波红外鱼眼镜头，由物方到像方依次包括，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及探测器部分；
所述第一透镜具有负光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶负透镜，其朝向物方的一侧为非球面；
所述第二透镜具有负光焦度，为一片双凹形锗单晶负透镜，其朝向像方的一侧为非球面；
所述第三透镜具有正光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶正透镜，其朝向像方的一侧为非球面；
所述第四透镜具有正光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶正透镜，其朝向像方的一侧为非球面；
所述第五透镜具有正光焦度，为一片凸面朝向像方的平凸形锗单晶正透镜，其凸面为非球面；
在所述第五透镜后为长波非制冷探测器部分，包括保护窗口和像面；光阑位于第四透镜前方。
所述镜头满足如下参数：
所述镜头的有效焦距EFL＝3.91mm，F数＝1，光学系统总长＝61.27mm，适配探测器分辨率800x600，像元大小17μm。
所述镜头的水平视场角范围为：2w＝120.2°。
所述镜头的镜片中的非球面满足下列表达式：
其中z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，α2、α3、α4、α5、α6为高次非球面系数。
第一透镜靠近物侧的表面镀类金刚石碳膜。
本实用新型的有益效果为：拥有190°光学全视场，光学系统总长为61.27mm，最大口径58mm。结构紧凑，光学总长小。不存在衍射面，只有非球面，加工方便，可靠性高。同时使用折射式光学结构，装调简便，易于量产。整个视场范围内成像质量优良，全视场的平均MTF>0.728@20lp/mm。
附图说明
图1是本实用新型提供的大视场长波红外鱼眼镜头的光学系统图；
图2是本实用新型提供的大视场长波红外鱼眼镜头的点列图；
图3是本实用新型提供的大视场长波红外鱼眼镜头的光学传递函数图(截止分辨率为20lp/mm)；
图4是本实用新型提供的大视场长波红外鱼眼镜头的场曲畸变图；
其中，100-物空间，L1-第一透镜，L2-第二透镜，L3-第三透镜，S7-光阑，L4-第四透镜，L5-第五透镜，101-探测器保护窗口，102-像面，S1～S6、S8～S11为透镜各个表面。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本实用新型做进一步详细说明。
该实施例是本实用新型应用于长波非制冷型分辨率800×600像元尺寸17μm凝视型焦平面探测器的例子。图1为本实用新型的光学系统图。
如图1所示，本实施由负光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、正光焦度的第三透镜L3、光阑S7、正光焦度的第四透镜L4、正光焦度的第五透镜L5以及最后的探测器101、102组成。
第一透镜L1，为凸面朝向物方的负透镜，材料为锗单晶，S1表面为非球面。第二透镜L2，为双凹形为负透镜，材料为锗单晶，S4表面为非球面。第三透镜L3，为弯月形的正透镜，材料为锗单晶，S6表面为非球面。S7面为光阑面。第四透镜L4，为凸面朝向像方的弯月形正透镜，材料为锗单晶，S8表面为非球面。第五透镜L5，为凸面朝向像方的平凸形正透镜，材料为锗单晶，其中S10面为非球面。长波非制冷探测器包括：保护窗口101，成像面102，分辨率为800x600，像元大小17μm。
以上五片透镜中，第一透镜S1表面镀类金刚石碳膜，因为该表面外露，需要镀类金刚石碳膜碳膜起保护性作用，其余S2～S6、S8～S11表面均镀增透膜。
表1为本实用新型的光学结构参数：
表1
| 表面 | 曲率半径 | 厚度(间隔) | 材料 | 口径 |
| S1 | 40.198 | 4 | GE_LONG | 58 |
| S2 | 28.595 | 18.48 | 45.4 | |
| S3 | -55.15 | 2 | GE_LONG | 10.5 |
| S4 | 34.965 | 6.28 | 13.4 | |
| S5 | -128.23 | 3 | GE_LONG | 18.4 |
| S6 | -29.437 | 6.36 | 21 | |
| S7 | Infinity | 1.65 | 11.63 | |
| S8 | -69.3 | 1.8 | GE_LONG | 12.6 |
| S9 | -41.151 | 6.37 | 15 | |
| S10 | Infinity | 2.5 | GE_LONG | 19 |
| S11 | -41.762 | 6.45 | 19 |
以上五片透镜中提及的非球面，均为偶次非球面，其表达式如下
其中z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，α2、α3、α4、α5、α6为高次非球面系数。
表2为表面S1，S4，S7，S9，S11的非球面系数：
表2
| 表面 | 4th | 6th | 8th | 10th | 12th |
| S1 | 4.068E-7 | 4.271E-11 | -3.827E-13 | 0 | 0 |
| S4 | 1.027E-4 | 4.803E-8 | -5.732E-9 | 0 | 0 |
| S7 | -4.736E-6 | -2.227E-8 | 6.892E-11 | 0 | 0 |
| S9 | -3.065E-5 | 6.021E-7 | -2.476E-9 | 0 | 0 |
| S111 | 5.746E-6 | -1.749E-8 | 1.136E-10 | 0 | 0 |
下面参照像差分析图对本实用新型的效果做进一步详细的描述。
图2-图4是图1所述的大视场长波红外鱼眼镜头的具体实施例的像差分析图，图2是点列图、图3是MTF图、图4是场曲畸变图。
从图中可以发现，各个焦段的各种像差得到了很好的校正，弥散斑均校正到接近艾利斑大小，MTF接近衍射极限。
所述镜头的有效焦距EFL＝3.91mm，F数＝1，光学系统总长＝61.27mm，适配探测器分辨率800x600，像元大小17μm。所述镜头的水平视场角范围为：2w＝120.2°。
由此可见，本实用新型大视场长波红外鱼眼镜头具有大视场及良好的成像质量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案。因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种大视场长波红外鱼眼镜头，其特征在于：由物方到像方依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及探测器部分；
所述第一透镜具有负光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶负透镜，其朝向物方的一侧为非球面；
所述第二透镜具有负光焦度，为一片双凹形锗单晶负透镜，其朝向像方的一侧为非球面；
所述第三透镜具有正光焦度，为一片弯月形锗单晶正透镜，其朝向像方的一侧为非球面；
所述第四透镜具有正光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶正透镜，其朝向像方的一侧为非球面；
所述第五透镜具有正光焦度，为一片凸面朝向像方的平凸形锗单晶正透镜，其朝向像方的一侧为非球面；
在所述第五透镜后为长波非制冷探测器部分，包括保护窗口和像面；光阑位于第四透镜前方。
2.根据权利要求1所述的大视场长波红外鱼眼镜头，其特征在于，所述镜头满足如下参数：
所述镜头的有效焦距EFL＝3.91mm，F数＝1，光学系统总长＝61.27mm，适配探测器分辨率800x600，像元大小17μm。
3.根据权利要求1所述的大视场长波红外鱼眼镜头，其特征在于，所述镜头的水平视场角范围为：2w＝120.2°。
4.根据权利要求1所述的大视场长波红外鱼眼镜头，其特征在于，所述镜头的镜片中的非球面满足下列表达式：
其中z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，α2、α3、α4、α5、α6为高次非球面系数。
5.根据权利要求1所述的大视场长波红外鱼眼镜头，其特征在于，第一透镜靠近物侧的表面镀类金刚石碳膜。
6.根据权利要求1所述的大视场长波红外鱼眼镜头，其特征在于，所述镜头的全视场的平均MTF>0.728@20lp/mm。
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