CN212540874U - 一种热成像显微镜头 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种热成像显微镜头，镜头中设置的镜片由物方到像方依次包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜以及探测器；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；第二透镜具有正光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其凹面为非球面；光阑设置在第二透镜与第三透镜之间并靠近第二透镜；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，其凸面为非球面；探测器包括保护窗口和像面。本申请具有较长的成像距离以及较大的视场，其工作距离为100mm，全视场的平均MTF>0.3@30lp/mm。
Description
技术领域
本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种热成像显微镜头。
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显微镜头有着迫切的需求。显微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。相比相同焦距的制冷探测器系统，非制冷型红外系统有工作距离长，视场角大等优点。为了实现更长工作距离以及更大视场，需要研发一种热成像显微镜头。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题，提供一种热成像显微镜头。
本申请提供一种热成像显微镜头，镜头中设置的镜片由物方到像方依次包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜以及探测器；
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，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其凹面为非球面；
所述光阑设置在所述第二透镜与所述第三透镜之间并靠近所述第二透镜；
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，其凸面为非球面；
所述探测器为长波非制冷探测器，包括保护窗口和像面。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述镜头满足如下参数：
所述镜头的工作距离为100mm，垂轴放大率Γ＝0.21，F数＝1.09，光学系统总长＝60mm，适配的探测器分辨率为640×480，像元大小为17μm，全视场的平均MTF>0.3@30lp/mm。
根据本申请某些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：
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。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述第一透镜靠近物方的表面镀类金刚石碳膜。
与现有技术相比，本申请的有益效果：该热成像显微镜头可应用于长波非制冷型分辨率为640×480、像元尺寸为17μm的凝视型焦平面探测器，其光学系统总长为60mm，最大口径为28mm，成像效果良好，具有较长的成像距离(工作距离为100mm)，具有较大的视场，全视场的平均MTF>0.3@30lp/mm。
附图说明
图1为本申请实施例提供的热成像显微镜头的光学系统图；
图2为本申请实施例提供的热成像显微镜头的点列图；
图3为本申请实施例提供的热成像显微镜头的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
图4为本申请实施例提供的热成像显微镜头的场曲畸变图。
图中所述文字标注表示为：
100-物面；101-保护窗口；102-像面；
L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；
S5-光阑；S1～S4、S6～S7为透镜的各个表面。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，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。
本实施例是本申请应用于长波非制冷型分辨率为640×480、像元尺寸为17μm的凝视型焦平面探测器的例子。
如图1所示，图1为本申请所提供的热成像显微镜头的光学系统图，本申请提供一种热成像显微镜头，镜头中设置的镜片由物方到像方依次包括第一透镜L1、第二透镜L2、光阑S5、第三透镜L3以及探测器；所述物方到像方的方向是指从前到后的方向，所述物方即物面100；所述第一透镜L1具有负光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形负透镜，其材料为锗单晶，其两个表面分别为S1和S2，其中凹面即表面S2为非球面；所述第二透镜具有正光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形正透镜，其材料为锗单晶，其两个表面分别为S3和S4，其中凹面即表面S4为非球面；所述光阑S5设置在所述第二透镜L2与所述第三透镜L3之间并靠近所述第二透镜L2；所述第三透镜L3具有正光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形正透镜，其材料为锗单晶，其两个表面分别为S5和S6，其中凸面即表面S7为非球面；所述探测器为长波非制冷探测器，包括保护窗口101和像面102。
进一步的，所述镜头满足如下参数：所述镜头的工作距离为100mm，垂轴放大率Γ＝0.21，F数＝1.09，光学系统总长＝60mm，适配的探测器分辨率为640×480，像元大小为17μm，适配波段为8～12μm；全视场的平均MTF>0.3@30lp/mm。
表1为本申请所述热成像显微镜头的光学结构参数：
表1
| 表面 | 曲率半径 | 厚度(间隔) | 材料 | 口径 |
| S1 | 21.039 | 4.0 | GERMANIUM | 28 |
| S2 | 16.61 | 16.395 | 23 | |
| S3 | 64.271 | 2.5 | GERMANIUM | 26 |
| S4 | 280.8 | 1.0 | 25 | |
| S5 | ∞ | 13 | 23.5 | |
| S6 | -150.31 | 2.5 | GERMANIUM | 23 |
| S7 | -63.578 | 17.694 | 25 |
进一步的，所述第一透镜L1、所述第二透镜L2以及所述第三透镜L3中所提及的非球面，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S2、S4、S7的非球面系数：
表2
进一步的，所述第一透镜L1靠近物方的表面即S1表面镀类金刚石碳膜，因为S1表面外露，需要镀金刚石碳膜，金刚石碳膜起保护作用，其余的表面S2～S4和S6～S7表面均镀增透膜。
下面参照像差分析图对本申请的效果做进一步详细的描述。
图2-图4是图1所述的热成像显微镜头的具体实施例的像差分析图，其中，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％。
本申请实施例提供的热成像显微镜头，可应用于长波非制冷型分辨率为640×480、像元尺寸为17μm的凝视型焦平面探测器，其光学系统总长为60mm，最大口径为28mm，成像效果良好，与同类型的镜头相比，具有较长的成像距离(工作距离为100mm)以及具有较大的视场，全视场的平均MTF>0.3@30lp/mm。
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，以上实施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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、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，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。
Claims (4)
1.一种热成像显微镜头，其特征在于，镜头中设置的镜片由物方到像方依次包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜以及探测器；
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，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其凹面为非球面；
所述光阑设置在所述第二透镜与所述第三透镜之间并靠近所述第二透镜；
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，其凸面为非球面；
所述探测器为长波非制冷探测器，包括保护窗口和像面。
2.根据权利要求1所述的热成像显微镜头，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100mm，垂轴放大率Γ＝0.21，F数＝1.09，光学系统总长＝60mm，适配的探测器分辨率为640×480，像元大小为17μm，全视场的平均MTF>0.3@30lp/mm。
3.根据权利要求1所述的热成像显微镜头，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。
4.根据权利要求1所述的热成像显微镜头，其特征在于，所述第一透镜靠近物方的表面镀类金刚石碳膜。
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| CN202021233776.5U CN212540874U (zh) | 2020-06-30 | 2020-06-30 | 一种热成像显微镜头 |
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Publications (1)
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| CN212540874U true CN212540874U (zh) | 2021-02-12 |
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Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN212540874U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117358926A (zh) * | 2023-12-05 | 2024-01-09 | 天津大学 | 一种锗光阑阵列的制备方法及光场成像系统 |
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2020
- 2020-06-30 CN CN202021233776.5U patent/CN212540874U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN117358926B (zh) * | 2023-12-05 | 2024-02-13 | 天津大学 | 一种锗光阑阵列的制备方法及光场成像系统 |
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