CN212540843U - 一种便携式大视场红外测温镜头 - Google Patents

一种便携式大视场红外测温镜头 Download PDF

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陈巍
陈为慧
杨天领
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Hebei Lansitek Optoelectronic Technology Co ltd
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Sanhe Lenstec Photoelectric Technology Co ltd
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Abstract

本申请提供一种便携式大视场红外测温镜头，包括由物方到像方依次设置的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单晶负透镜；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，为一片双凸的硫系玻璃正透镜。本申请为定焦镜头，利用特性不同的红外材料的搭配，可在‑40℃～60℃范围内保持成像清晰，同时F数为1.1，适用于400×300，像元大小17μm的长波非制冷探测器；在全温度段内焦距变化较小，不需要多余的机械器件及电子器件，就能够实现良好的成像效果；相比同类型镜头体积小、重量轻、更实用稳定。

Description

一种便携式大视场红外测温镜头
技术领域
本公开涉及光学镜头技术领域，具体涉及一种便携式大视场红外测温镜头。
背景技术
随着红外探测技术的快速发展，红外测温技术在工业、电力、医疗以及相关行业应用越来越广泛，尤其对人群密集场所传染疾病的监测发挥重要作用。红外测温技术是一种非接触测量方式，与传统的测温方式相比具有测温速度快、测量精度高、适应性强等优点。但红外技术由于其本身的特性，受温度影响会导致焦距及像面发生变化，成像质量下降。因此结构紧凑、重量轻及像质良好的红外镜头成为一种发展趋势。光学无热化镜头利用光学材料热特性之间的差异，通过不同特性材料之间的合理组合以消除温度影响，达到良好的成像效果。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题，提供一种便携式大视场红外测温镜头。
第一方面，本申请提供一种便携式大视场红外测温镜头，包括由物方到像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三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，其凹面为非球面；
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的锗正透镜；
所述第三透镜具有正光焦度，为一片双凸的硫系玻璃正透镜，其朝向物方的一面为衍射面；
所述探测器部分设置为长波非制冷探测器，包括保护窗口和像面；孔径光阑设置在第三透镜的物方一侧，变温过程中保持恒定。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述镜头的参数设置为：有效焦距EFL＝7.5mm，F数＝1.1，光学系统总长＝33mm，适配探测器分辨率400×300，像元大小17μm。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述镜头的水平视场角范围问：2w＝48.8°。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述镜头的镜片中的非球面满足下列表达式：
Figure BDA0002568910530000021
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。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：
φ＝A1ρ2+A2ρ4+A3ρ6
其中φ为衍射面的位相，ρ＝r/rn,rn是衍射面的规划半径，A1、A2、A3为衍射面的位相系数。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述镜头的全视场在20lp/mm处平均MTF>0.3。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一透镜靠近物侧的表面镀碳膜。
本发明的有益效果：本申请提供一种光学系统总长为33mm，最大口径18mm的红外镜头，结构紧凑、重量轻、焦距受温度影响极小。温度补偿只用一片透镜，这样可以更好的保证温变过程中的光轴稳定性，同时装调简便，易于量产，整个温度范围内成像质量优良，全视场在20lp/mm处平均MTF>0.3。
附图说明
图1是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为-40℃时的光学系统图；
图2是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为-40℃时的点列图；
图3是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为-40℃时的光学传递函数图(截止分辨率为20lp/mm)；
图4是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为-40℃时的场曲畸变图；
图5是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为80℃时的光学系统图；
图6是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为80℃时的点列图；
图7是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为80℃时的光学传递函数图(截止分辨率为20lp/mm)；
图8是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为80℃时的场曲畸变图；
图9是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为20℃时的光学系统图；
图10是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为20℃时的点列图；
图11是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为20℃时的光学传递函数图(截止分辨率为20lp/mm)；
图12是本实用新型提供的轻便式大视场红外测温镜头的温度为20℃时的场曲畸变图；
其中，100-物空间，L1-第一透镜，L2-第二透镜，L3-第三透镜，S5-光阑，101-保护窗口，102-像面，S1～S4、S6～S7为透镜各个表面。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
本实施例是本实用新型应用于长波非制冷型分辨率400×300像元尺寸17μm凝视型焦平面探测器的实施例。
图1、图5、图9分别为本实用新型在温度为-40℃、80℃及20℃时的光学系统图，镜头的结构相同，以其中一个图为例作为说明。
如图1所示，本实施由负光焦度的第一透镜L1、光阑S5、正光焦度的第二透镜L2、正光焦度的第三透镜L3以及最后的探测器组成。
第一透镜L1，为凸面朝向物方的负透镜，材料为锗单晶，其凹面为非球面。
第二透镜L2，为凸面朝向像方的弯月形的正透镜，材料为锗单晶；S5面为光阑面。
第三透镜L3，为双凸形的正透镜，材料为硫系玻璃，S6表面为衍射面。其中L3透镜为无热化设计的光学材料，目的是消除温度引起的焦距变化。
长波非制冷探测器包括：保护窗口101，成像面102，分辨率为400×300，像元大小17μmx17μm。
以上各个透镜中，S1表面镀碳膜，S2～S4、S6～S7表面镀增透膜。
表1为本实用新型在温度20℃时的光学结构参数：
表1
Figure BDA0002568910530000051
以上各个透镜中提及的非球面，均为偶次非球面，其表达式如下：
Figure BDA0002568910530000052
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和S6的非球面系数：
表2
表面 4th 6th 8th 10th 12th
S2 6.694E-5 7.759E-6 -3.510E-7 1.032E-8 -8.665E-11
S6 -5.191E-5 3.831E-7 -7.829E-9 7.984E-11 -2.198E-13
以上各个透镜中提及的衍射面，其表达式如下：
Φ＝A1ρ2+A2ρ4+A3ρ6
其中Φ为衍射面的位相，ρ＝r/rn,rn是衍射面的规划半径，A1、A2、A3为衍射面的位相系数。
表3为表面S6的衍射系数：
表3
表面 A1 A2 A3
S6 -26.420 1.825 -0.203
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所述的轻便式大视场红外测温镜头的具体实施例在低温状态时的像差分析图，图2是点列图、图3是MTF图、图4是场曲畸变图。
图6-图8是图5所述的轻便式大视场红外测温镜头的具体实施例在高温状态时的像差分析图，图6是点列图、图7是MTF图、图8是场曲畸变图。
图10-图12是图9所述的轻便式大视场红外测温镜头的具体实施例在常温状态时的像差分析图，图10是点列图、图11是MTF图、图12是场曲畸变图。
从图中可以发现，各个温度段的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效果理想，畸变<20％。
镜头的有效焦距EFL＝7.5mm，F数＝1.1，光学系统总长＝33mm，适配探测器分辨率400×300，像元大小17μm。镜头的水平视场角范围为：2w＝48.8°。
由此可见，本实用新型所述的轻便式大视场红外测温镜头具有良好的成像质量。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种便携式大视场红外测温镜头，其特征在于，包括由物方到像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三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，其凹面为非球面；
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的锗正透镜；
所述第三透镜具有正光焦度，为一片双凸的硫系玻璃正透镜，其朝向物方的一面为衍射面；
所述探测器部分设置为长波非制冷探测器，包括保护窗口和像面；孔径光阑设置在第三透镜的物方一侧，变温过程中保持恒定。
2.根据权利要求1所述的便携式大视场红外测温镜头，其特征在于，所述镜头的参数设置为：有效焦距EFL＝7.5mm，F数＝1.1，光学系统总长＝33mm，适配探测器分辨率400×300，像元大小17μm。
3.根据权利要求1所述的便携式大视场红外测温镜头，其特征在于，所述镜头的水平视场角范围问：2w＝48.8°。
4.根据权利要求1所述的便携式大视场红外测温镜头，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 FDA0002568910520000011
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所述的便携式大视场红外测温镜头，其特征在于，所述镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：
φ＝A1ρ2+A2ρ4+A3ρ6
其中φ为衍射面的位相，ρ＝r/rn,rn是衍射面的规划半径，A1、A2、A3为衍射面的位相系数。
6.根据权利要求1所述的便携式大视场红外测温镜头，其特征在于，所述镜头的全视场在20lp/mm处平均MTF>0.3。
7.根据权利要求1所述的便携式大视场红外测温镜头，其特征在于，所述第一透镜靠近物侧的表面镀碳膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113253428A (zh) * 2021-05-31 2021-08-13 福建江夏学院 一种三片式反远距太赫兹波大视场镜头及其工作方法
CN114199382A (zh) * 2021-12-15 2022-03-18 武汉高德智感科技有限公司 一种红外测温镜头及测温方法

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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of utility model: A portable infrared temperature measuring lens with large field of view

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Granted publication date: 20210212

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Pledgor: SANHE LENSTEC PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2022990000337

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
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Granted publication date: 20210212

Pledgee: Bank of China Limited Yanjiao branch

Pledgor: SANHE LENSTEC PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2022990000337

CU01 Correction of utility model
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Correction item: Pledgee

Correct: Bank of China Limited Yanjiao Branch

False: Bank of China Limited Yanjiao Branch

Number: 15-02

Volume: 39

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of utility model: A portable large field of view infrared temperature measurement lens

Effective date of registration: 20230329

Granted publication date: 20210212

Pledgee: Bank of China Limited Yanjiao Branch

Pledgor: SANHE LENSTEC PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD.

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CP01 Change in the name or title of a patent holder
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Address after: 065200 l03-g workshop in Baishi Jingu Yanjiao international industrial base, west of Yingbin North Road and north of Gushan West Road, Yanjiao Development Zone, Sanhe City, Langfang City, Hebei Province

Patentee after: Hebei Lansitek Optoelectronic Technology Co.,Ltd.

Address before: 065200 l03-g workshop in Baishi Jingu Yanjiao international industrial base, west of Yingbin North Road and north of Gushan West Road, Yanjiao Development Zone, Sanhe City, Langfang City, Hebei Province

Patentee before: SANHE LENSTEC PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD.