一种大视场高分辨率光学无热化镜头的制作方法

：
1.本实用新型涉及一种大视场高分辨率光学无热化镜头。


背景技术：

2.随着红外镜头的使用领域越来越宽，红外镜头要求成像分辨率高、体积小、重量轻、在不同温度环境下保持工作性能，工作环境也不断由室内往室外扩展。为了延长镜头在室外环境下的使用寿命，考虑减轻镜头重量和节约成本，通常直接在首片的前表面镀硬碳膜，保护镜片被风沙刮蹭，且耐擦拭。
3.目前的镀膜工艺中，硬碳膜无法在硫系玻璃上实现兼顾牢固度与使用性能，所以市面上的非制冷红外大视场光学系统大多数由四片镜片组成，为了实现镀硬碳膜，系统首片只能用锗材料，再结合使用硫系玻璃与硒化锌实现光学无热化，不仅成本高，而且硒化锌还存在加工难度大的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本实用新型所要解决的技术问题是提供一种大视场高分辨率光学无热化镜头。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种大视场高分辨率光学无热化镜头，包括沿物面至像面依次设置的弯月负透镜a、双凸正透镜b以及双凸正透镜c，所述弯月负透镜a的物侧面和像侧面均为非球面，所述双凸正透镜b的物侧面为非球面、像侧面为衍射面，所述双凸正透镜c的物侧面为衍射面、像侧面为非球面。
6.进一步的，所述弯月负透镜a与双凸正透镜b之间的空气间隔为9.55mm，所述双凸正透镜b与双凸正透镜c之间的空气间隔为4.95mm。
7.进一步的，所述弯月负透镜a采用锗材料；所述双凸正透镜b和双凸正透镜c均采用硫系玻璃。
8.进一步的，所述双凸正透镜c与ima像面之间设有平行平板。
9.与现有技术相比，本实用新型具有以下效果：(1)该镜头具有焦距短、视场大、体积小，成本低等优点，可大批量生产；(2)采用两种红外材料组合的折/衍混合设计，使用衍射元件能够减少折射透镜的片数，减轻系统重量，并可同时实现消热差和色差，实现无热化要求；(3)结构简单、工艺性良好、易于加工，并且在-40℃～+80℃的温度范围内能保持画面清晰，可适用于户外摄像监控设备及其他场合。
附图说明：
10.图1是本实用新型实施例的光学系统的结构示意图；
11.图2是本实用新型实施例中常温+20℃环境下的mtf函数值；
12.图3是本实用新型实施例中低温-40℃环境下的mtf函数值；
13.图4是本实用新型实施例中高温+80℃环境下的mtf函数值；
14.图5是本实用新型实施例中常温下星点图。
15.图中：
16.1-弯月负透镜a；2-双凸正透镜b；3-双凸正透镜c；4-平行平板。
具体实施方式:
17.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
18.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
19.如图1所示，本实用新型一种大视场高分辨率光学无热化镜头，解决目前非制冷型长波红外大视场光学系统分辨率较低、成本高，加工难度大的问题。镜头的结构包括沿物面至像面依次设置的弯月负透镜a、双凸正透镜b以及双凸正透镜c，所述弯月负透镜a的物侧面和像侧面均为非球面，所述双凸正透镜b的物侧面为非球面、像侧面为衍射面，所述双凸正透镜c的物侧面为衍射面、像侧面为非球面；所述弯月负透镜a采用锗材料；所述双凸正透镜b和双凸正透镜c均采用硫系玻璃。该镜头由三片镜片构成，采用两种红外材料组合的折/衍混合光学系统设计，并结合使用非球面校正系统像差。衍射元件具有特殊的热差和色差性能，在红外材料较少的情况下，相当于增加了一种特殊的红外材料。衍射元件可制作在折射元件上，几乎不增加系统重量。采用折/衍混合结构能使系统在使用较少的材料情况下达到消色差和热差，实现在高低温的环境下正常使用。该系统结构简单，工艺性良好，易于加工。通过曲率及厚度的调整降低各个光学件的敏感度，使得该镜头更易于加工与装调。
20.本实施例中，所述弯月负透镜a与双凸正透镜b之间的空气间隔为9.55mm，所述双凸正透镜b与双凸正透镜c之间的空气间隔为4.95mm。
21.本实施例中，所述双凸正透镜c与ima像面之间设有平行平板。
22.本实施例中，该镜头的具体性能参数为：
23.(1)焦距：effl＝4.65mm；
24.(2)f数＝1.0；
25.(3)水平视场角：2w≥90
°
；
26.(4)成像圆直径大于ф10；
27.(6)工作光谱范围：8um～12um；
28.(7)光学总长ttl≤36mm，光学后截距≥5.6mm；
29.(8)该镜头适用于640*512,12um非制冷长波红外探测器。
30.为实现上述设计参数，本实施例所述的镜头所采用的具体设计见下表。
31.表一：光学元件参数表
[0032][0033]
表二：非球面及衍射面相关数据
[0034] α4α6α8α
10
α
12
非球面s19.1996e-0056.2384e-008-6.2632e-0091.2898e-0120非球面s23.4463e-0045.9152e-006-4.9901e-008-2.8386e-009-3.7400e-011非球面s3-1.1226e-004-2.5670e-006-8.4674e-0083.2238e-009-9.4810e-011衍射面s4-1.1968e-004-3.0734e-0064.3531e-008-1.8885e-0092.2593e-011衍射面s5-3.2591e-0044.0383e-006-4.8536e-0071.2415e-008-1.3897e-010非球面s6-6.1846e-005-3.6134e-0063.7310e-0086.1544e-010-1.1823e-011
[0035]
非球面表达式为：
[0036][0037]
其中，z代表光轴方向的位置，r代表相对光轴的垂直方向上的高度，c代表曲率半径，k代表圆锥系数，α4、α6、α8、α
10
...代表非球面系数。在非球面数据中，e-n代表
“×
10-n”，例如9.1996e-005代表9.1996
×
10-5
。
[0038]
衍射面zemax中的相位分布函数＝m(b1r2+b2r4)：
[0039] mb1b2衍射面s41-17.43250.2157衍射面s51-17.5946-3.1624
[0040]
本实施例中，图2为该镜头常温+20℃环境下的mtf函数值，图3为该镜头在低温-40℃环境下的mtf函数值，图4为该镜头在高温+80℃环境下的mtf函数值。由图2可以看出，该镜头具有较高的分辨率，满足640*512@12um非制冷探测器的传函需求。由图3、图4可知，该
镜头在高温及低温的环境下mtf衰减很小，实现了镜头的光学无热化性能。由图5可知，该镜头的星点均方根半径都在艾里斑半径之内，能量集中，成像质量良好。
[0041]
本实用新型的优点在于：
[0042]
(1)采用两种红外材料组合的折/衍混合设计，利用衍射元件特殊的热差和色差性能，能减少折射透镜的片数及减少红外材料种类的使用，减轻系统重量的同时实现无热化要求；
[0043]
(2)系统采用锗与硫系两种镜片组成，利用衍射面来矫正色差和热差，无需使用硒化锌，降低镜头成本；
[0044]
(3)在硫系上使用衍射面与非球面，可以实现大批量模压，降低成本的同时提高产能。
[0045]
本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
[0046]
另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
[0047]
本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
[0048]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

技术特征：
1.一种大视场高分辨率光学无热化镜头，其特征在于：包括沿物面至像面依次设置的弯月负透镜a、双凸正透镜b以及双凸正透镜c，所述弯月负透镜a的物侧面和像侧面均为非球面，所述双凸正透镜b的物侧面为非球面、像侧面为衍射面，所述双凸正透镜c的物侧面为衍射面、像侧面为非球面。2.根据权利要求1所述的一种大视场高分辨率光学无热化镜头，其特征在于：所述弯月负透镜a与双凸正透镜b之间的空气间隔为9.55mm，所述双凸正透镜b与双凸正透镜c之间的空气间隔为4.95mm。3.根据权利要求1所述的一种大视场高分辨率光学无热化镜头，其特征在于：所述弯月负透镜a采用锗材料；所述双凸正透镜b和双凸正透镜c均采用硫系玻璃。4.根据权利要求1所述的一种大视场高分辨率光学无热化镜头，其特征在于：所述双凸正透镜c与ima像面之间设有平行平板。

技术总结
本实用新型涉及一种大视场高分辨率光学无热化镜头，包括沿物面至像面依次设置的弯月负透镜A、双凸正透镜B以及双凸正透镜C，所述弯月负透镜A的物侧面和像侧面均为非球面，所述双凸正透镜B的物侧面为非球面、像侧面为衍射面，所述双凸正透镜C的物侧面为衍射面、像侧面为非球面；所述弯月负透镜A采用锗材料；所述双凸正透镜B和双凸正透镜C均采用硫系玻璃。该镜头结构简单、工艺简单，具有焦距短、视场大、体积小，成本低等优点，可大批量生产；采用两种红外材料组合的折/衍混合设计，使用衍射元件能够减少折射透镜的片数，减轻系统重量，并可同时实现消热差和色差，实现无热化要求。实现无热化要求。实现无热化要求。


技术研发人员：陈丽娜 吕晔舟 谢礼洪 阮诗娟
受保护的技术使用者：福建福光天瞳光学有限公司
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/5/25