CN109856785B - 三片式长波红外定焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三片式长波红外定焦镜头。该镜头包括沿光轴从物方至像方顺次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜，其中：所述第一透镜为前表面为平面，后表面为凸面且朝向像方的平凸透镜；所述第二透镜为前表面为凹面，后表面为凸面且朝向像方的凸透镜；所述第三透镜为凸面朝向物面的弯月形透镜；***光阑设置于第一透镜的前表面上，光线依次穿过第一透镜、第二透镜、第三透镜最后聚焦到像面上。所述第一透镜的前表面为平面，第三透镜的后表面为非球面，其余的面均为球面。本发明采用了三片式镜头，结构简单、性能可靠。

Description

三片式长波红外定焦镜头
技术领域
本发明涉及红外成像技术领域，特别是一种三片式长波红外定焦镜头。
背景技术
红外探测技术具有抗干扰能力强、红外穿透性好、昼夜都可工作等优点，因此长波红外非制冷技术的应用领域越来越广泛。但是目前长波红外成像镜头由于结构复杂、使用材料昂贵、装调要求高的特点，导致镜头成本升高。例如专利CN103941379A公布了一种红外定焦镜头，该镜头由三片硫系玻璃镜片组成，通过采用两个非球面使得成像效果达到理想状态。但是非球面的加工对设备要求高，并且装调时需要另外安装窗口保护片来保护透镜组，导致了成本上升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、装调容易、成本低的三片式长波红外定焦镜头。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种三片式长波红外定焦镜头，包括沿光轴从物方至像方顺次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜，其中：
所述第一透镜为前表面为平面，后表面为凸面且朝向像方的平凸透镜；
所述第二透镜为前表面为凹面，后表面为凸面且朝向像方的凸透镜；
所述第三透镜为凸面朝向物面的弯月形透镜；
***光阑设置于第一透镜的前表面上，光线依次穿过第一透镜、第二透镜、第三透镜最后聚焦到像面上。
进一步地，该镜头的相对孔径为1，***焦距为19mm，适用于分辨率为384*288，像元大小为20μm的红外探测器。
进一步地，所述第一透镜的前表面记为R1、后表面为记为R2；第二透镜的前表面记为R3、后表面记为R4；第三透镜的前表面记为R5、后表面记为R6；
以光轴Z为中心光轴，沿光轴Z从物方至像方，R1至R2的距离D1为11.000㎜，R2至R3的距离D2为10.156㎜，R3至R4的距离D3为15.000㎜，R4至R5的距离D4为11.530㎜，R5至R6的距离D5为11.927㎜，R6至像面的距离D6为20.000㎜。
进一步地，所述第一透镜的前表面R1为平面，第三透镜的后表面R6为非球面且曲率半径为210.742㎜，其余的面R2～R5均为球面，其中第一透镜的后表面R2球面半径为-105.530㎜、第二透镜的前表面R3球面半径为-19.677㎜、第二透镜的后表面R4球面半径为-41.645㎜、第三透镜的前表面R5球面半径为52.288㎜。
进一步地，所述第三透镜的后表面R6为非球面，该非球面满足以下公式：
Figure BDA0001997270770000021
式中，Z(Y)为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距离非球面顶点的矢高Sag；R为曲率半径，K为conic系数；
A、B、C、D为高次非球面系数，取值如下：
非球面 K A B C D
R6 0 -6.911E-004 2.505E-006 -9.071E-010 2.463E-013
。
进一步地，所述第一透镜采用的材料为硫系玻璃、第二透镜采用的材料为硒化锌玻璃、第三透镜采用的材料为锗玻璃。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用一面非球面，降低了加工难度；(2)第一镜片的前表面为平面，不需要另外安装窗口保护片，便于安装；(3)光阑设置于第一透镜的前表面上，无单独设计带来的杂光辐射。
本发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出。
附图说明
图1是本发明三片式长波红外定焦镜头的结构示意图。
图2是实施例中的垂轴像差曲线图。
图3是实施例的像散曲线图。
图4是实施例的畸变曲线图。
图5是实施例的调制传递函数曲线图。
具体实施方式
结合图1，本发明三片式长波红外定焦成像镜头，包括沿光轴从物方至像方顺次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3，其中：
所述第一透镜L1为前表面为平面，后表面为凸面且朝向像方的平凸透镜；
所述第二透镜L2为前表面为凹面，后表面为凸面且朝向像方的凸透镜；
所述第三透镜L3为凸面朝向物面的弯月形透镜；
***光阑设置于第一透镜L1的前表面上，光线依次穿过第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3最后聚焦到像面上。
作为一种具体实施方式，该镜头的相对孔径为1，***焦距为19mm，适用于分辨率为384*288，像元大小为20μm的红外探测器。
作为一种具体实施方式，所述第一透镜L1的前表面记为R1、后表面为记为R2；第二透镜L2的前表面记为R3、后表面记为R4；第三透镜L3的前表面记为R5、后表面记为R6；
以光轴Z为中心光轴，沿光轴Z从物方至像方，R1至R2的距离D1为11.000㎜，R2至R3的距离D2为10.156㎜，R3至R4的距离D3为15.000㎜，R4至R5的距离D4为11.530㎜，R5至R6的距离D5为11.927㎜，R6至像面的距离D6为20.000㎜。
作为一种具体实施方式，所述第一透镜L1的前表面R1为平面，第三透镜L3的后表面R6为非球面且曲率半径为210.742㎜，其余的面R2～R5均为球面，其中第一透镜L1的后表面R2球面半径为-105.530㎜、第二透镜L2的前表面R3球面半径为-19.677㎜、第二透镜L2的后表面R4球面半径为-41.645㎜、第三透镜L3的前表面R5球面半径为52.288㎜。
作为一种具体实施方式，所述第一透镜L1采用的材料为硫系玻璃、第二透镜L2采用的材料为硒化锌玻璃、第三透镜L3采用的材料为锗玻璃。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例
本实施例三片式长波红外定焦镜头，从物方至像方，第一透镜L1的前表面为R1，后表面为R2；第二透镜L2的前表面为R3，后表面为R4；第三透镜L3的前表面为R5，后表面为R6。其中R1为平面，R6为非球面，其余都为球面。
所述光轴Z为中心光轴，沿光轴从物方至像方，第一透镜L1的厚度为D1，与第二透镜L2的距离为D2；第二透镜L2的厚度为D3，与第三透镜L3的距离为D4；第三透镜L3的厚度为D5，与像面的距离为D6。
所述第一透镜L1所用材料为硫系玻璃；第二透镜L2所用材料为硒化锌玻璃；第三透镜所用材料为锗玻璃。
图2～图5为相应实施例的光学特性曲线图像，其中图2为垂轴像差曲线图，由8μm，10μm，12μm三个波长表示，单位为mm；图3为像散曲线图，同样由8μm，10μm，12μm三个波长表示，单位为mm；图4为畸变曲线图，表示不同视场角下的畸变，单位为％；图5为MTF图，表示光学***的综合解像水平。
本发明具体技术指标：相对孔径为1，***焦距为19mm，适用于分辨率为384*288，像元大小为20um的红外探测器。
本发明光学***参数请参照表1、表2：
表1光学元件参数表
Figure BDA0001997270770000041
所述非球面满足下列表达式：
Figure BDA0001997270770000042
式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距离非球面顶点的矢高Sag，R为曲率半径，K为conic系数，A、B、C、D为高次非球面系数。
表2非球面数据
非球面 K A B C D
R6 0 -6.911E-004 2.505E-006 -9.071E-010 2.463E-013
本发明采用一面非球面，降低了加工难度；第一镜片的前表面为平面，不需要另外安装窗口保护片，便于安装；光阑设置于第一透镜的前表面上，无单独设计带来的杂光辐射，可广泛应用于安防监控领域。

Claims (4)

1.一种三片式长波红外定焦镜头，其特征在于，包括沿光轴从物方至像方顺次设置的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)，其中：
所述第一透镜(L1)为前表面为平面，后表面为凸面且朝向像方的平凸透镜；
所述第二透镜(L2)为前表面为凹面，后表面为凸面且朝向像方的凸透镜；
所述第三透镜(L3)为凸面朝向物面的弯月形透镜；
***光阑设置于第一透镜(L1)的前表面上，光线依次穿过第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)最后聚焦到像面上；
该镜头的相对孔径为1，***焦距为19mm，适用于分辨率为384*288，像元大小为20μm的红外探测器；
所述第一透镜(L1)的前表面记为R1、后表面为记为R2；第二透镜(L2)的前表面记为R3、后表面记为R4；第三透镜(L3)的前表面记为R5、后表面记为R6；
以光轴Z为中心光轴，沿光轴Z从物方至像方，R1至R2的距离D1为11.000㎜，R2至R3的距离D2为10.156㎜，R3至R4的距离D3为15.000㎜，R4至R5的距离D4为11.530㎜，R5至R6的距离D5为11.927㎜，R6至像面的距离D6为20.000㎜。
2.根据权利要求1所述的三片式长波红外定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)的前表面R1为平面，第三透镜(L3)的后表面R6为非球面且曲率半径为210.742㎜，其余的面R2～R5均为球面，其中第一透镜(L1)的后表面R2球面半径为-105.530㎜、第二透镜(L2)的前表面R3球面半径为-19.677㎜、第二透镜(L2)的后表面R4球面半径为-41.645㎜、第三透镜(L3)的前表面R5球面半径为52.288㎜。
3.根据权利要求1所述的三片式长波红外定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜(L3)的后表面R6为非球面，该非球面满足以下公式：
Figure FDA0002977075790000011
式中，Z(Y)为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距离非球面顶点的矢高Sag；R为曲率半径，K为conic系数；
A、B、C、D为高次非球面系数，取值如下：
非球面 K A B C D R6 0 -6.911E-004 2.505E-006 -9.071E-010 2.463E-013
。
4.根据权利要求3所述的三片式长波红外定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)采用的材料为硫系玻璃、第二透镜(L2)采用的材料为硒化锌玻璃、第三透镜(L3)采用的材料为锗玻璃。
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