三片式长波红外定焦镜头的制作方法

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。技术实现要素：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；系统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，系统焦距为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：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kabcdr60-6.911e-0042.505e-006-9.071e-0102.463e-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；系统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，系统焦距为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，表示光学系统的综合解像水平。本发明具体技术指标：相对孔径为1，系统焦距为19mm，适用于分辨率为384*288，像元大小为20um的红外探测器。本发明光学系统参数请参照表1、表2：表1光学元件参数表所述非球面满足下列表达式：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kabcdr60-6.911e-0042.505e-006-9.071e-0102.463e-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。当前第1页12