CN210090806U - 一种长波红外制冷微距镜头 - Google Patents

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付澍
任乾洋
孔超
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Hebei Lansitek Optoelectronic Technology Co ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种长波红外制冷微距镜头，从物方至像方依次有三组透镜，包括：具有负光焦度的第一透镜，为一片凸面朝向像方的弯月形锗负透镜；具有正光焦度的第二透镜，为一片凸面朝向像方的弯月形锗正透镜；具有正光焦度的第三透镜，为一片凸面朝向物方的弯月形锗正透镜；本实用新型对距第一透镜50mm处的物体成像，镜头的放大倍率为Γ＝0.5，适用于640×512，像元大小15μm的长波制冷探测器；在长波波段有良好的成像效果，光轴稳定性高，结构稳定，相比同类型镜头体积小，重量轻，更经济实用。

Description

一种长波红外制冷微距镜头
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制冷微距镜头。
背景技术
随着红外成像技术的发展，红外光学系统越来越多的应用于军民领域。其中小目标、PCB电路板散热以及半导体衬底和密封的观测对红外微距镜头有着迫切的需求。微距镜头能够对有限工作距离上的物体进行放大或缩小，相比于普通镜头能够看到更小和更近的目标。相比相同焦距的非制冷探测器系统，制冷型红外系统有灵敏性高的特点，有更强的搜索发现能力，更能发挥微距镜头的特长。为了实现近距离微小目标的探测，需要研发一种长波红外制冷微距镜头。
实用新型内容
本实用新型提供了一种长波红外制冷微距镜头，要解决的技术问题是提供一种体积小，装调方便，冷像小，成像质量高的镜头。其工作波段为7.7～9.3微米，工作距离为50mm，垂轴放大率Γ＝0.5，F数＝2，适配分辨率为640×512，像元大小15微米的制冷探测器，光学系统总长96.75mm，最大口径47mm。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种长波红外制冷微距镜头，由物方到像方依次包括，第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑以及探测器部分；
所述第一透镜具有负光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶负透镜，其凸面为非球面；
所述第二透镜具有正光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶正透镜，表面类型均为球面；
所述第三透镜具有正光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，表面类型均为球面；
在所述第三透镜后为长波制冷探测器部分，包括保护窗口、冷屏、冷光阑和像面；保护窗口位于第三透镜后表面，冷屏位于保护窗口后表面，冷光阑位于冷屏后表面。
所述镜头满足如下参数：
所述镜头的工作距离为50mm，垂轴放大率Γ＝0.5，F数＝2，光学系统总长＝96.75mm，适配探测器分辨率640×512，像元大小15μm。
所述镜头的镜片中的非球面满足下列表达式：
Figure BDA0002110052050000021
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。
其中，物方到像方的方向，是从前到后的方向。
本实用新型的有益效果为：工作距离为50mm，垂轴放大率Γ＝0.5，光学系统总长为96.75mm，最大口径47mm。结构紧凑，光轴稳定性，装调简便，易于量产。全视场的平均MTF>0.5@20lp/mm。
附图说明
图1是本实用新型提供的长波红外制冷微距镜头的光学系统图；
图2是本实用新型提供的长波红外制冷微距镜头的点列图；
图3是本实用新型提供的长波红外制冷微距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长波红外制冷微距镜头的场曲畸变图；
其中，100-物面，L1-第一透镜，L2-第二透镜，L3-第三透镜，101-探测器保护窗口，102-冷屏，S7-冷光阑，103-像面，S1～S6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制冷分辨率640×512像元尺寸15μm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，以其作为说明。
如图1所示，本实施例包括负光焦度的第一透镜L1、正光焦度第二透镜L2、正光焦度的第三透镜L3以及最后的探测器101、102、S7、103。
第一透镜L1，为凸面朝向像方的弯月形的负透镜，材料为锗单晶，S2表面均非球面。
第二透镜L2，为凸面朝向像方的弯月形正透镜，材料为锗单晶，其两个表面均为球面。
第三透镜L3，为凸面朝向物方的弯月形正透镜，材料为锗单晶，其两个表面均为球面；中波制冷探测器包括：保护窗口101、冷屏102、光阑S7、成像面103，分辨率为640×512，像元大小15μm。
以上三片透镜中，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 -24.460 5.0 GERMANIUM 26
S2 -30.191 19.965 32
S3 -52.705 5.0 GERMANIUM 43
S4 -43.256 19.911 47
S5 167.373 3.2 GERMANIUM 40
S6 -1647.977 20 40
以上三片透镜中提及的非球面，均为偶次非球面，其表达式如下
Figure BDA0002110052050000041
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S2的非球面系数：
表2
表面 4th 6th 8th 10th 12th
S2 3.524E-006 6.503E-009 -5.288E-012 7.366E-014 -1.337E-016
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所述的长波红外制冷微距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，各种像差得到了很好的校正，弥散斑均校正到接近甚至小于艾利斑大小，MTF良好，畸变<5％。
所述镜头的工作距离为50mm，垂轴放大率Γ＝0.5，F数＝2，光学系统总长＝96.75mm，适配探测器分辨率640×512，像元大小15μm，全视场的平均MTF>0.5@20lp/mm。
由此可见，本实用新型长波红外制冷微距镜头具有良好的成像质量。
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 (4)

1.一种长波红外制冷微距镜头，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、光阑以及探测器部分；
所述第一透镜具有负光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶负透镜，其凸面为非球面；
所述第二透镜具有正光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶正透镜，表面类型均为球面；
所述第三透镜具有正光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，表面类型均为球面；
在所述第三透镜后为长波制冷探测器部分，包括保护窗口、冷屏、冷光阑和像面；
保护窗口位于第三透镜后表面，冷屏位于保护窗口后表面，冷光阑位于冷屏后表面。
2.根据权利要求1所述的长波红外制冷微距镜头，其特征在于，所述镜头满足如下参数：
所述镜头的工作距离为50mm，垂轴放大率Γ＝0.5，F数＝2，光学系统总长＝96.75mm，适配探测器分辨率640×512，像元大小15μm，全视场的平均MTF>0.5@20lp/mm。
3.根据权利要求1所述的长波红外制冷微距镜头，其特征在于，所述镜头的镜片中的非球面满足下列表达式：
Figure FDA0002110052040000011
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。
4.根据权利要求1所述的长波红外制冷微距镜头，其特征在于，第一透镜靠近物侧的表面镀类金刚石碳膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114384668A (zh) * 2020-10-22 2022-04-22 华为技术有限公司 光学系统及终端设备
CN115390220A (zh) * 2022-08-25 2022-11-25 嘉兴中润光学科技股份有限公司 一种车载镜头和车载系统

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