CN209606697U - 一种长波非制冷红外镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种长波非制冷红外镜头，由物方到成像方依次包括孔径光阑(1)、具有正屈光度的第一透镜(2)和具有正屈光度的第二透镜(3)；所述第一透镜的物侧面(21)具有一在光轴附近区域的凸面部，第一透镜的像侧面(22)具有一在光轴附近区域的凹面部；所述第二透镜的物侧面(31)具有一在光轴附近区域的凸面部，第二透镜的像侧面(32)具有一光轴附近区域的凹面部；所述第一透镜的像侧面(22)为非球面。本实用新型在光学设计中，通过合理分配光焦度及合理设置光阑面，实现高成像质量和低成本的特点。

Description

一种长波非制冷红外镜头

技术领域

本实用新型涉及光学镜头，更具体地，涉及应用于车载夜视、测温、观测和安防监控领域的一种长波非制冷红外镜头。

背景技术

随着红外成像技术的快速发展，非制冷探测器技术的成熟，长波非制冷光学系统得到了越来越广泛的应用。

由于消费性电子产品的规格日新月异，为符合消费者的需求，探测器分辨率在不断的提升，而为降低成本，探测器的画幅亦在同步减小。红外镜头最重要的特性就是成像质量和成本，红外镜头的设计并非单纯的将成像质量佳的镜头等比例缩小就能制作出兼具成像质量与低成本的红外镜头，设计过程牵涉到材料特性，还必须考虑到生产面的实际问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种长波非制冷红外镜头，其目的在于降低制造成本、缩短镜头体积并提供高分辨率与高成像质量。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种长波非制冷红外镜头，由物方到成像方依次包括孔径光阑、具有正屈光度的第一透镜和具有正屈光度的第二透镜；

所述第一透镜的物侧面具有一在光轴附近区域的凸面部，第一透镜的像侧面具有一在光轴附近区域的凹面部；

所述第二透镜的物侧面具有一在光轴附近区域的凸面部，第二透镜的像侧面具有一光轴附近区域的凹面部；

所述第一透镜的像侧面为非球面。

根据本实用新型实施例，所述第一透镜、第二透镜为锗单晶材料制成。

根据本实用新型实施例，所述第一透镜的焦距为f1、第二透镜的焦距为f2、所述镜头的光学总长为TTL，满足表达式1.75<(f1+f2)/TTL<2.05。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于提供了一种长波非制冷红外镜头，能够取得下列有益效果：

(1)孔径光阑设置于第一透镜前，在保证较大光通量的同时，能有效缩小第一镜片的口径，易于加工。

(2)第一透镜的像侧面采用非球面以校正球差、慧差、象散等像差。

(3)第一透镜、第二透镜的材料均为锗单晶，所述锗单晶在8～12μm具有良好的透过率，有较大的折射率，可以在缩小镜头体积的同时，获得良好的光学成像质量。在加工方式上锗单晶可抛光，可车削，且可镀类金刚石硬碳膜，提高镜头使用寿命。

(4)本实用新型在光学设计中，通过合理分配光焦度及合理设置光阑面，实现高成像质量和低成本的特点；镜头结构简单、体积小、重量轻，满足小型化的非制冷红外光学系统使用需求，适用于执行实况记录和安防监控任务但不局限于此；镜片使用量的减少，也有效提高了镜头光能透过率，提高红外系统的探测、识别率；仅采用一面非球面，可以有效降低加工成本，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是采用本实用新型的光学系统结构示意图；

图2是采用本实用新型的周边视场相对照度曲线；

图3是采用本实用新型的场曲/畸变图；

图4是采用本实用新型的调制传递函数曲线图；

图5是采用本实用新型的点斑图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-孔径光阑；2-第一透镜；3-第二透镜；21-第一透镜的物侧面；22-第一透镜的像侧面；31-第二透镜的物侧面；32-第二透镜的像侧面；4-探测器窗口；5-焦平面；I-光轴。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种长波非制冷红外镜头，所述镜头置于探测器窗口4、焦平面5的前端，由物方到成像方依次包括孔径光阑1、具有正屈光度的第一透镜2和具有正屈光度的第二透镜3。光焦度表征光学系统对入射平行光束的屈折本领，光焦度的数值越大，平行光束折得越厉害；为正光焦度时，屈折是会聚性的。

本实施例中优选孔径光阑1设置于第一透镜2之前，这样在保证较大光通量的同时，能有效提高如图2所示周边视场的相对照度，并能有效控制光学系统的口径，降低成本；

所述第一透镜的物侧面21具有一在光轴附近区域的凸面部，第一透镜的像侧面22具有一在光轴附近区域的凹面部；

所述第二透镜的物侧面31具有一在光轴附近区域的凸面部，第二透镜的像侧面32具有一光轴附近区域的凹面部；

所述第一透镜的像侧面22为非球面，采用非球面可以校正球差、慧差、场曲等像差。如图3的场曲/畸变曲线图和图5的光斑图所示，球差、慧差、场曲等像差校正的比较好。采用非球面而不是球面是因为球面校正球差的能力有限，若想达到同样效果，必须增加镜片及增加材料种类，这样会增加材料和重量，造成成本上升。

所述第一透镜2、第二透镜3为锗单晶材料制成。

所述第一透镜2的焦距为f1、第二透镜3的焦距为f2、所述镜头的光学总长为TTL，满足表达式1.75<(f1+f2)/TTL<2.05。

下面以焦距为50mm，全视场角FOV11.1°的具体实施例进行说明。

表1光学元件参数表

上表1列举了光学元件的参数，其中：面序号1代表孔径光阑，面序号2代表第一透镜的物侧面21，面序号3代表第一透镜的像侧面22，面序号4代表第二透镜的物侧面31，面序号5代表第二透镜的像侧面32，面序号6代表探测器窗口4，像面代表焦平面5。

非球面满足下列表达式：

式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距非球面顶点的距离矢高Sag，R表示镜面的近轴曲率半径，k为圆锥系数conic，A、B、C、D、E为高次非球面系数。

表2非球面系数表

面序号

K

A

B

C

D

E

3

0

8.857E-08

-3.446E-12

4.548E-14

-2.761E-17

0.00E+00

需要注意的是，上述表格中的具体参数仅仅是例示性的，各透镜的参数不限于由上述各数值实施例所示出的值，可以采用其他的值，都可以达到类似的技术效果。

通过光学设计软件ZEMAX做出图2～图5，其中非球面类型使用软件的偶次非球面Even Asphere。

图2是本实用新型的相对照度曲线，表征了周边相对于中心的照度分布情况，单位为％；图3是本实用新型的场曲/畸变曲线图，由8μm、10μm、12μm的三个波长来表示，单位分别为mm和％。图4是本实用新型的调制传递函数曲线图，代表光学系统的综合解像水平。图5是本实用新型的光斑图，代表焦平面上的光斑大小。由图2～图5可知，该长波红外光学系统已将各种像差补正，足以满足实用要求。

本实施例中，第一透镜2与第二透镜3的焦距分别为f₁与f₂，所述镜头的光学总长为TTL，满足以下关系：

1.75<(f1+f2)/TTL<2.05

本实用新型在光学系统中采用锗单晶加上合理的光焦度分配并合理设置光阑面，可以在缩小镜头体积的同时，实现良好的成像性能。在加工方式上锗单晶具有可抛光，可车削，且可镀类金刚石硬碳膜，提高镜头使用寿命。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种长波非制冷红外镜头，其特征在于，由物方到成像方依次包括孔径光阑(1)、具有正屈光度的第一透镜(2)和具有正屈光度的第二透镜(3)；

所述第一透镜的物侧面(21)具有一在光轴(I)附近区域的凸面部，第一透镜的像侧面(22)具有一在光轴附近区域的凹面部；

所述第二透镜的物侧面(31)具有一在光轴(I)附近区域的凸面部，第二透镜的像侧面(32)具有一光轴附近区域的凹面部；

所述第一透镜的像侧面(22)为非球面。

2.根据权利要求1所述的一种长波非制冷红外镜头，其特征在于，所述第一透镜(2)、第二透镜(3)为锗单晶材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种长波非制冷红外镜头，其特征在于，所述第一透镜(2)的焦距为f1、第二透镜(3)的焦距为f2、所述镜头的光学总长为TTL，满足表达式1.75<(f1+f2)/TTL<2.05。