CN214474197U - 一种高分辨率红外鱼眼物镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高分辨率红外鱼眼物镜，属于红外光学技术领域；其从物方到像方依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜皆为弯月形透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜依次从左至右沿光轴共轴设置；本实用新型应用于分辨率1280×1024，像元尺寸15μm的非制冷型红外探测器，总共由4片透镜组成，透镜数量少，结构简单，采用一种红外光学材料，合理分配光焦度实现了高分辨率、大视场等性能要求，物镜通过整体调焦实现远近距离的观察；红外物镜的焦距小，视场大，具有较高的成像质量。

Description

一种高分辨率红外鱼眼物镜

技术领域

本实用新型涉及一种鱼眼物镜，尤其涉及一种高分辨率红外鱼眼物镜，属于红外光学技术领域。

背景技术

能具有视角180度(+/-10度)的物镜被称为鱼眼物镜。鱼眼物镜通常用于安全及监控性质的应用设备。鱼眼镜头是一种极端的广角镜头，为使镜头达到最大的摄影视角，其前镜片的直径呈抛物状向镜头前部凸出，鱼眼镜头的视角力求达到或超出人眼所能看到的范围。因此，鱼眼镜头与人们眼中的真实世界的景象存在很大的差别。红外鱼眼物镜在管道测量、防火监测和公安、边防警戒等方面具有重要作用，能全天候、大范围的监控周边情况。但是，设计红外鱼眼物镜光学系统所面临的问题是，轴外像差难以消除，像面边缘照度过低。而传统的红外鱼眼物镜光学系统结构复杂，透镜数量多，造成系统透过率低、系统分辨率也低。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足,本实用新型提供了一种高分辨率红外鱼眼物镜。

本实用新型所采用的技术方案是：设计一种高分辨率红外鱼眼物镜，其从物方到像方依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜皆为弯月形透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜依次从左至右沿光轴共轴设置，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜分别设置有高次非球面；所述第四透镜设置有非球面加衍射面。

进一步，所述第一透镜为弯月形负透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负。

进一步，所述第二透镜为弯月形正透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。

进一步，所述第三透镜为弯月形负透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为负。

进一步，所述第四透镜为双凸正透镜，所述第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面，其屈光度为正。

更进一步，所述物镜镜头满足如下参数：有效焦距为8mm，F数为1.0，适配探测器分辨率为1280×1024，相元大小为15μm，所述物镜是可移动的定焦镜头。

与现有技术相比,本实用新型的有益效果是：本实用新型红外鱼眼物镜采用反摄远型光学结构，具有较长的工作距离，物镜的第一透镜光焦度为负，第二透镜的光焦度为正，轴外光线经第一透镜后，使得其与光轴的夹角明显变小，有利于后续光学元件进行像差校正；一般光学系统视场的相对照度，随视场的变大而急剧下降，从而降低像面照度均匀性，采用反摄远型光学结构，产生大的桶形畸变，但像面照度均匀性得到很大的改善。折射/衍射混合使用，使系统保证像质的同时简化了光学结构形式，透镜数量少，整体物镜的体积较小，更加便于使用操作和应用范围广。

本实用新型针对分辨率1280×1024，像元尺寸15μm的非制冷型红外探测器，提供一种高分辨率红外鱼眼物镜。该系统视场为140°×130°，在-40℃～+50℃范围内有良好的像质。由于衍射光学元件具有负色散特性、负温度特性，可实现对光波面的相位调制；与折射元件配合，大大改善系统成像质量，减小系统体积和减轻重量，降低成本等。总共由4片透镜组成，透镜数量少，结构简单，采用一种红外光学材料，合理分配光焦度实现了高分辨率、大视场等性能要求，物镜通过整体调焦实现远近距离的观察；红外物镜的焦距小，视场大，具有较高的成像质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型光学结构示意图；

图2为本实用新型在20℃下传递函数图；

图3为本实用新型在20℃下弥散斑图；

图4为本实用新型在20℃下畸变图。

图中：1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-第四透镜。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若用到术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1所示：一种高分辨率红外鱼眼物镜，其从物方到像方依次包括：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3以及第四透镜4，所述第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3皆为弯月形透镜，所述第四透镜4为双凸透镜，所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3以及第四透镜4依次从左至右沿光轴共轴设置，所述第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3分别设置有非球面；所述第四透镜4设置有非球面加衍射面。

所述第一透镜1为弯月形负透镜，所述第一透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负，可有效收缩光线，减小物镜的外形尺寸。所述第二透镜2为弯月形正透镜，所述第二透镜2的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正，能有效校正场曲、畸变。所述第三透镜3为弯月形负透镜，所述第三透镜3的物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为负，可有效收缩光线，并且有效校正球差。所述第四透镜4为双凸正透镜，所述第四透镜4的物侧面为凸面，像侧面为凸面，其屈光度为正，可合理分配第三透镜3的光焦度。

所述物镜镜头满足如下参数：有效焦距为8mm，F数为1.0，适配探测器分辨率为1280×1024，相元大小为15μm。

在本实施例中，针对分辨率1280×1024，像元尺寸15μm的非制冷红外探测器，设计出本光学系统的焦距f：8mm，F数：1.0，视场：140°×120°。更具体地，为提高像质，改善温度变化对像质的影响，第一透镜1的物侧面S1、第二透镜2的物侧面S3、第三透镜4像侧面S6、和第四透镜5的像侧面S8均采用高次非球面，所述第四透镜5的像侧面S8在高次非球面基础上制作衍射面。

表1列出了第一透镜1的表面S1，第二透镜2的表面S3，第三透镜4的表面S6，第四透镜5的表面S8的非球面系数。

表1表面S1、S3、S6、S8的非球面系数

上述透镜中的非球面满足关系式(偶次非球面方程定义如下)：

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；c＝1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。

表2列出了第四透镜5的衍射面系数。

表2表面S8的衍射面系数

表面	衍射级次	中心波长(μm)	C1	C2
					S8	1	10	-1.0291E-04	1.5185E-08

其中C1、C2分别为衍射面2次项、4次项系数。

本实施例采用3个非球面、1个衍射面就达到了良好的成像质量，且工艺性好，能减少透镜数量，降低成本。

图2至图4为本实用新型高分辨率红外鱼眼物镜在20℃下的成像光学仿真数据图，其中图2为光学传递函数(MTF)曲线图，横轴为每毫米线对数(lp/mm)，纵轴为对比度值，图3为弥散斑(点列)图，图4为畸变图。从图2至图4的图形曲线可以看出其温度为20℃下的MTF、弥散斑均方根值及畸变均在标准范围内，满足系统要求。

由此可见，本实用高分辨率红外鱼眼物镜有良好成像质量。

上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种高分辨率红外鱼眼物镜，其特征在于，从物方到像方依次包括：第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)以及第四透镜(4)，所述第一透镜(1)、第二透镜(2)和第三透镜(3)皆为弯月形透镜，所述第四透镜(4)为双凸透镜，所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)以及第四透镜(4)依次从左至右沿光轴共轴设置，所述第一透镜(1)、第二透镜(2)和第三透镜(3)分别设置有非球面；所述第四透镜(4)设置有非球面加衍射面。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨率红外鱼眼物镜，其特征在于：所述第一透镜(1)为弯月形负透镜，所述第一透镜(1)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负。

3.根据权利要求2所述的一种高分辨率红外鱼眼物镜，其特征在于：所述第二透镜(2)为弯月形正透镜，所述第二透镜(2)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。

4.根据权利要求3所述的一种高分辨率红外鱼眼物镜，其特征在于：所述第三透镜(3)为弯月形负透镜，所述第三透镜(3)的物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为负。

5.根据权利要求4所述的一种高分辨率红外鱼眼物镜，其特征在于：所述第四透镜(4)为双凸正透镜，所述第四透镜(4)的物侧面为凸面，像侧面为凸面，其屈光度为正。

6.根据权利要求5所述的一种高分辨率红外鱼眼物镜，其特征在于，所述物镜镜头满足如下参数：有效焦距为8mm，F数为1.0，适配探测器分辨率为1280×1024，相元大小为15μm。

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