CN217443633U - 一种长波红外镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种长波红外镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第一透镜具负屈光度，所述第二透镜具正屈光度，所述第三透镜具正屈光度，所述第一透镜由锗制成，且满足：0.6＜D1/TTL＜1，其中，D1为所述第一透镜的有效直径，TTL为镜头的光学总长。本实用新型长波红外镜头采用三片透镜，镜片数量少、结构简单，且镜头口径小，镜头体积小、成本低；镜头分辨率高，在高低温环境依然能够清晰成像；镜头的相对照度高，能量利用率高，提升成像质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学镜头技术领域，具体而言，涉及一种长波红外镜头。
背景技术
随着科学技术的不断进步以及社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展。现有的长波红外镜头，通常采用红外镜片，其体积大、成本高，且红外镜片的折射率对温度较敏感，温度系数大，在高低温下，对光学系统影响大，成像模糊；此外通常其相对照度较低，能量透过率不高，镜头的分辨率也较低。
鉴于此，本申请发明人发明了一种长波红外镜头。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种体积小、分辨率高、相对照度高、在高低温环境下依然清晰成像的长波红外镜头。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种长波红外镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第一透镜至第三透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
所述第一透镜具负屈光度，且第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二透镜具正屈光度，且第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第三透镜具正屈光度，且第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第一透镜由锗制成，且满足：0.6＜D1/TTL＜1，其中，D1为所述第一透镜的有效直径，TTL为镜头的光学总长。
进一步地，该镜头满足：3mm＜T1＜6mm，2mm＜T2＜6mm，1mm＜T3＜6.5mm，其中，T1、T2、T3分别为所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的中心厚度。
进一步地，该镜头满足：10mm＜R11＜19mm，7mm＜R12＜16mm，12mm＜R21＜35mm，13mm＜R22＜42mm，其中，R11、R12分别为所述第一透镜物侧面和像侧面的曲率半径，R21、R22分别为所述第二透镜物侧面和像侧面的曲率半径。
进一步地，该镜头满足：BFL/TTL≥0.25，其中，BFL为镜头的后焦。
进一步地，该镜头满足：0.7＜f2/TTL＜1.5，其中，f2为所述第二透镜的光焦度。
进一步地，该镜头满足：IMH/TTL＞0.2，其中，IMH为镜头的设计像高。
进一步地，所述第一透镜镀有DLC膜。
进一步地，所述第二透镜的像侧面为二元衍射面。
采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：
本实用新型长波红外镜头采用三片透镜，镜片数量少、结构简单，且镜头口径小，镜头体积小、成本低；镜头分辨率高，在高低温环境依然能够清晰成像；镜头的相对照度高，能量利用率高，提升成像质量。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的光路图；
图2为本实用新型实施例1中镜头在长波红外光下的相对照度图；
图3为本实用新型实施例1中镜头在长波红外光、25℃下的MTF曲线图；
图4为本实用新型实施例1中镜头在长波红外光、85℃下的MTF曲线图；
图5为本实用新型实施例1中镜头在长波红外光、-40℃下的MTF曲线图；
图6为本实用新型实施例2的光路图；
图7为本实用新型实施例2中镜头在长波红外光下的相对照度图；
图8为本实用新型实施例2中镜头在长波红外光、25℃下的MTF曲线图；
图9为本实用新型实施例2中镜头在长波红外光、85℃下的MTF曲线图；
图10为本实用新型实施例2中镜头在长波红外光、-40℃下的MTF曲线图；
图11为本实用新型实施例3的光路图；
图12为本实用新型实施例3中镜头在长波红外光下的相对照度图；
图13为本实用新型实施例3中镜头在长波红外光、25℃下的MTF曲线图；
图14为本实用新型实施例3中镜头在长波红外光、85℃下的MTF曲线图；
图15为本实用新型实施例3中镜头在长波红外光、-40℃下的MTF曲线图。
附图标记说明：
1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、保护片。
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。
这里所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。
本实用新型公开了一种长波红外镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜1、第二透镜2及第三透镜3，所述第一透镜1至第三透镜3各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
所述第一透镜1具负屈光度，且第一透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二透镜2具正屈光度，且第二透镜2的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第三透镜3具正屈光度，且第三透镜3的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第一透镜1由锗制成，所述第二透镜2、第三透镜3均为硫系玻璃制成。其中第一透镜1满足：0.6＜D1/TTL＜1，其中，D1为所述第一透镜1的有效直径，TTL为镜头的光学总长。第一透镜1采用高折射率材料锗制成，同时控制其有效直径与光学总长的比值，有利于减小镜头口径，利于实现镜头小型化。
该镜头满足：3mm＜T1＜6mm，2mm＜T2＜6mm，1mm＜T3＜6.5mm，其中，T1、T2、T3分别为所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3的中心厚度。合理设计各个透镜的厚度，保证系统性能满足需求的同时，降低成本。
该镜头满足：10mm＜R11＜19mm，7mm＜R12＜16mm，12mm＜R21＜35mm，13mm＜R22＜42mm，其中，R11、R12分别为所述第一透镜1物侧面和像侧面的曲率半径，R21、R22分别为所述第二透镜2物侧面和像侧面的曲率半径。
该镜头满足：BFL/TTL≥0.25，其中，BFL为镜头的后焦。合理设计镜头后焦与镜头光学总长的比值，利于实现镜头小型化，降低成本。
该镜头满足：0.7＜f2/TTL＜1.5，其中，f2为所述第二透镜2的光焦度。此设计有利于实现镜头的无热化，使镜头在高低温环境下依然可以清晰成像。
该镜头满足：IMH/TTL＞0.2，其中，IMH为镜头的设计像高。此设计有利于实现镜头的小型化。
所述第一透镜1镀有DLC膜。其中，DLC膜(Diamond-Like-Carbon，DLC)，即类金刚石膜，是一种非晶碳膜。可有效保护镜片，使得镜头可靠性强，保证镜头品质。
所述第一透镜1的物侧面及像侧面、第二透镜2的物侧面、第三透镜3的物侧面及像侧面均为非球面，所述第二透镜2的像侧面为二元衍射面。第二透镜2的像侧面设置为二元衍射面，能很好的矫正系统温飘，实现镜头光学无热化。
非球面透镜表面曲线的方程式表示如下：
其中，
z：非球面之深度(非球面上距离光轴为y的点，与相切于非球面光轴上顶点之切面，两者间的垂直距离)；
c：非球面顶点之曲率(the vertex curvature)；
K：锥面系数(Conic Constant)；
rn：归一化半径(normalization radius(NRADIUS))；
u：r/rn；
am：第m阶Qcon系数(is the mth Qcon coefficient)；
Qm con：第m阶Qcon多项式(the mth Qcon polynomial)。
下面将以具体实施例对本实用新型的长波红外镜头进行详细说明。
实施例1
参照图1所示，本实用新型公开了一种长波红外镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜1、第二透镜2及第三透镜3，所述第一透镜1至第三透镜3各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
所述第一透镜1具负屈光度，且第一透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二透镜2具正屈光度，且第二透镜2的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第三透镜3具正屈光度，且第三透镜3的物侧面为凸面，像侧面为凸面。
本具体实施例的详细光学数据如表1-1所示。
表1-1实施例1的详细光学数据
| 表面 | 曲率半径 | 厚度间隔 | 材质 | 焦距 | |
| 1 | 第一透镜 | 15.4 | 5.05 | 锗 | -253.7 |
| 2 | 11.4 | 0.99 | |||
| 3 | 第二透镜 | 24.2 | 4.13 | 硫系 | 31.8 |
| 4 | 37.88 | 9.44 | |||
| 5 | 第三透镜 | 175 | 2.73 | 硫系 | 24.1 |
| 6 | -56.2 | 9.77 | |||
| 7 | 保护片 | Infinity | 0.7 | 硅 | |
| 8 | Infinity | 2 | |||
| 9 | Infinity |
本实施例中的非球面及二元衍射面数据如表1-2所示。
表1-2实施例1的非球面及二元衍射面数据
| 系数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| K | 0.02 | 0 | 3.28 | 0 | 0 | -244.3 |
| A4 | -6.45E-05 | -0.000159229 | 0.000203837 | 0.000349208 | 0.000133238 | -1.81E-05 |
| A6 | 4.82E-07 | 3.52E-06 | -4.38E-07 | -5.97E-06 | -3.36E-06 | 2.11E-07 |
| A8 | -8.56E-09 | -1.03E-07 | -3.45E-08 | 1.35E-07 | 6.38E-08 | 2.72E-09 |
| A10 | 5.97E-11 | 1.10E-09 | 3.96E-10 | -1.82E-09 | -8.34E-10 | -2.31E-10 |
| A12 | -1.61E-13 | -4.42E-12 | -1.32E-12 | 9.60E-12 | 4.06E-12 | 1.73E-12 |
镜头在长波红外光下的相对照度图请参阅图2，从图中可以看出，该镜头在的相对照度大于90％，保证成像足够亮度且亮度均匀。
本实施例中，镜头在常温25℃、高温85℃、低温-40℃下的MTF曲线图请分别参阅图3、图4、图5，从图中可以看出，在常温及高低温环境下，该款镜头的空间频率达42lp/mm时，MTF值均大于0.3，镜头在高低温环境下均成像质量优良，镜头的分辨率高。
实施例2
如图6所示，本实施例与实施例1相比，主要在于各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表2-1所示。
表2-1实施例2的详细光学数据
本实施例中的非球面及二元衍射面数据如表2-2所示。
表2-2实施例2的非球面及二元衍射面数据
| 系数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| K | 0 | 0 | 1.87 | 0 | 0 | -545.9 |
| A4 | -4.27E-05 | -8.84709E-05 | 0.00013752 | 0.000295078 | 4.35764E-05 | -6.54E-05 |
| A6 | 4.79E-07 | 2.93E-06 | -4.17E-07 | -7.83E-06 | -1.52E-06 | 1.35E-06 |
| A8 | -8.55E-09 | -9.80E-08 | -2.52E-08 | 2.25E-07 | 2.85E-08 | -2.81E-08 |
| A10 | 5.40E-11 | 1.06E-09 | 3.31E-10 | -3.16E-09 | -4.95E-10 | 1.48E-10 |
| A12 | -1.31E-13 | -4.30E-12 | -1.28E-12 | 1.77E-11 | 2.95E-12 | 1.38E-13 |
镜头在长波红外光下的相对照度图请参阅图7，从图中可以看出，该镜头在的相对照度大于90％，保证成像足够亮度且亮度均匀。
本实施例中，镜头在常温25℃、高温85℃、低温-40℃下的MTF曲线图请分别参阅图8、图9、图10，从图中可以看出，在常温及高低温环境下，该款镜头的空间频率达42lp/mm时，MTF值均在0.3左右，镜头在高低温环境下均成像质量优良，镜头的分辨率高。
实施例3
如图11所示，本实施例与实施例1相比，主要在于各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表3-1所示。
表3-1实施例3的详细光学数据
| 表面 | 曲率半径 | 厚度间隔 | 材质 | 焦距 | |
| 1 | 第一透镜 | 14.3 | 4.77 | 锗 | -66 |
| 2 | 9.9 | 1.04 | |||
| 3 | 第二透镜 | 14.89 | 5.5 | 硫系 | 21 |
| 4 | 19.02 | 6.17 | |||
| 5 | 第三透镜 | 109.3 | 6.3 | 硫系 | 17.3 |
| 6 | -42 | 7.3 | |||
| 7 | 保护片 | Infinity | 0.7 | 硅 | |
| 8 | Infinity | 2 | |||
| 9 | Infinity |
本实施例中的非球面及二元衍射面数据如表3-2所示。
表3-2实施例3的非球面及二元衍射面数据
镜头在长波红外光下的相对照度图请参阅图12，从图中可以看出，该镜头在的相对照度大于90％，保证成像足够亮度且亮度均匀。
本实施例中，镜头在常温25℃、高温85℃、低温-40℃下的MTF曲线图请分别参阅图13、图14、图15，从图中可以看出，在常温及高低温环境下，该款镜头的空间频率达42lp/mm时，MTF值均在0.3左右，镜头在高低温环境下均成像质量优良，镜头的分辨率高。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种长波红外镜头，其特征在于：包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第一透镜至第三透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
所述第一透镜具负屈光度，且第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第二透镜具正屈光度，且第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
所述第三透镜具正屈光度，且第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第一透镜由锗制成，且满足：0.6＜D1/TTL＜1，其中，D1为所述第一透镜的有效直径，TTL为镜头的光学总长。
2.如权利要求1所述的一种长波红外镜头，其特征在于：该镜头满足：3mm＜T1＜6mm，2mm＜T2＜6mm，1mm＜T3＜6.5mm，其中，T1、T2、T3分别为所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的中心厚度。
3.如权利要求1所述的一种长波红外镜头，其特征在于：该镜头满足：10mm＜R11＜19mm，7mm＜R12＜16mm，12mm＜R21＜35mm，13mm＜R22＜42mm，其中，R11、R12分别为所述第一透镜物侧面和像侧面的曲率半径，R21、R22分别为所述第二透镜物侧面和像侧面的曲率半径。
4.如权利要求1所述的一种长波红外镜头，其特征在于：该镜头满足：BFL/TTL≥0.25，其中，BFL为镜头的后焦。
5.如权利要求1所述的一种长波红外镜头，其特征在于：该镜头满足：0.7＜f2/TTL＜1.5，其中，f2为所述第二透镜的光焦度。
6.如权利要求1所述的一种长波红外镜头，其特征在于：该镜头满足：IMH/TTL＞0.2，其中，IMH为镜头的设计像高。
7.如权利要求1所述的一种长波红外镜头，其特征在于：所述第一透镜镀有DLC膜。
8.如权利要求1所述的一种长波红外镜头，其特征在于：所述第二透镜的像侧面为二元衍射面。
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