一种长波红外成像镜头的制作方法

1.本实用新型属于镜头技术领域，具体地涉及一种长波红外成像镜头。


背景技术：

2.随着科学技术的不断进步和生活水平的不断提高，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，被广泛地应用在智能手机、视频会议、平板电脑、安防监控、车载监控、智能交通系统、热成像等各个领域，因此，对于光学成像镜头的要求也越来越高。
3.目前市面上的用于热成像的长波红外镜头还存在许多不足之处，如结构复杂，装调难度高，成本高昂；长波波段高级像差控制困难，致使现有长波红外镜头普遍通光孔径不大，以降低设计难度；多采用机械被动式无热化，机械结构复杂，综合成本加大；多采用二元衍射面，加工、检测成本高，二元面衍射效率低，镜头通光量小等，已无法满足用户日益提高的要求，急需进行改进。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种长波红外成像镜头用以解决上述存在的至少一个技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种长波红外成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、光阑、第二透镜和第三透镜；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；
6.第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
7.第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；
8.第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；
9.第一透镜至第三透镜均采用硫系长波红外材料制成；
10.该长波红外成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第三透镜。
11.进一步的，该第一透镜至第三透镜的物侧面和像侧面均为非球面。
12.更进一步的，该第一透镜至第三透镜的物侧面和像侧面均为高阶偶次非球面。
13.进一步的，该第二透镜采用硫化锌红外材料制成。
14.进一步的，该第一透镜和第三透镜采用相同的材料制成。
15.进一步的，该长波红外成像镜头还满足：1.00《f1/f《2.00，其中f为该长波红外成像镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距。
16.进一步的，该长波红外成像镜头还满足：-3.00《f2/f《-1.00，其中f为该长波红外成像镜头的焦距，f2为第二透镜的焦距。
17.进一步的，该长波红外成像镜头还满足：1.00《f3/f《2.00，其中f为该长波红外成像镜头的焦距，f3为第三透镜的焦距。
18.进一步的，该长波红外成像镜头还满足：ttl《35.00mm，其中，ttl为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。
19.进一步的，该长波红外成像镜头还满足：0.40≤alt/alg≤0.50，其中，alt为第一透镜至第三透镜在光轴上的三片透镜的厚度总和，alg为第一透镜到成像面在光轴上的空气间隙总和。
20.本实用新型的有益技术效果：
21.本实用新型采用三片硫系长波红外材质透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有结构简洁，成本低，通光大，像差收束良好，分辨率高，透过率高，无热化管控好，无需机械补偿高低温后焦偏差，成像质量稳定，系统公差敏感度不高，量产性优良的优点。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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他的附图。
23.图1为本实用新型实施例一的结构示意图；
24.图2为本实用新型实施例一的红外8.00-12.00μm的mtf图；
25.图3为本实用新型实施例一的场曲和畸变示意图；
26.图4为本实用新型实施例一的点列图；
27.图5为本实用新型实施例二的结构示意图；
28.图6为本实用新型实施例二的红外8.00-12.00μm的mtf图；
29.图7为本实用新型实施例二的场曲和畸变示意图；
30.图8为本实用新型实施例二的点列图；
31.图9为本实用新型实施例三的结构示意图；
32.图10为本实用新型实施例三的红外8.00-12.00μm的mtf图；
33.图11为本实用新型实施例三的场曲和畸变示意图；
34.图12为本实用新型实施例三的点列图。
具体实施方式
35.为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
36.现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
37.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。
38.本实用新型公开了一种长波红外成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、光阑、第二透镜和第三透镜；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。
39.第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；第一透镜至第三透镜均采用硫系长波红外材料制成。
40.该长波红外成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第三透镜。本实用新型只采用三片硫系长波红外材质透镜，具有结构简洁，装调难度低，成本低，通光大，像差收束良好，分辨率高，透过率高，无热化管控好，成像质量稳定且无需机械补偿高低温后焦偏差，机械结构简单，降低综合成本，系统公差敏感度不高，量产性优良的优点。
41.优选的，该第一透镜至第三透镜的物侧面和像侧面均为非球面，可使用模压工艺大批量生产，降低综合成本，同时镜头透过率高。
42.更优选的，该第一透镜至第三透镜的物侧面和像侧面均为高阶偶次非球面，进一步优化像差、色差等，提高成像质量。
43.优选的，该第二透镜采用硫化锌红外材料制成，具有大折射率温度系数，更好地抵消镜头在温度变化时产生的后焦变化。
44.优选的，该第一透镜和第三透镜采用相同的材料制成，使用金刚石单点车方法加工时，利于工艺成本的降低，镀膜时同种材质可以共镀，减少废弃材质，降低加工成本。
45.优选的，该长波红外成像镜头还满足：1.00《f1/f《2.00，其中f为该长波红外成像镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，使得透镜的光焦度分配均匀合理，系统稳定性好，进一步提升整体性能。
46.优选的，该长波红外成像镜头还满足：-3.00《f2/f《-1.00，其中f为该长波红外成像镜头的焦距，f2为第二透镜的焦距，使得透镜的光焦度分配均匀合理，系统稳定性好，进一步提升整体性能。
47.优选的，该长波红外成像镜头还满足：1.00《f3/f《2.00，其中f为该长波红外成像镜头的焦距，f3为第三透镜的焦距，使得透镜的光焦度分配均匀合理，系统稳定性好，进一步提升整体性能。
48.优选的，该长波红外成像镜头还满足：ttl《35.00mm，其中，ttl为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离，控制长波红外成像镜头的系统长度。
49.优选的，该长波红外成像镜头还满足：0.40≤alt/alg≤0.50，其中，alt为第一透镜至第三透镜在光轴上的三片透镜的厚度总和，alg为第一透镜到成像面在光轴上的空气间隙总和，以进一步缩短长波红外成像镜头的系统长度，且易于加工制造，优化系统配置。
50.下面将以具体实施例对本实用新型的长波红外成像镜头进行详细说明。
51.实施例一
52.如图1所示，一种长波红外成像镜头，从物侧a1至像侧a2沿光轴i依次包括第一透镜1、光阑4、第二透镜2、第三透镜3、保护玻璃5和成像面6；第一透镜1至第三透镜3各自包括一朝向物侧a1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧a2且使成像光线通过的像侧面。
53.第一透镜1具正屈光率，第一透镜1的物侧面11为凸面，第一透镜1的像侧面12为凹
面。
54.第二透镜2具负屈光率，第二透镜2的物侧面21为凸面，第二透镜2的像侧面22为凹面。
55.第三透镜3具正屈光率，第三透镜3的物侧面31为正面，第三透镜3的像侧面32为凹面。
56.第一透镜1至第三透镜3均采用硫系长波红外材料制成，具体的，第一透镜1和第三透镜3均采用irg206红外材料制成，第二透镜2采用硫化锌(zns)红外材料制成，但并不限于此。
57.优选的，第一透镜1至第三透镜3的物侧面和像侧面均为高阶偶次非球面。
58.本具体实施例的详细光学数据如表1-1所示。
59.表1-1实施例一的详细光学数据
60.表面 曲率半径/mm厚度/间隔/mm材质折射率色散系数焦距/mm-被摄物面infinityinfinity
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11第一透镜27.043.78irg2062.78137.7130.9812 48.361.53
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4光阑infinity0.25
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21第二透镜15.833.16zns2.2019.31-53.1822 11.3012.43
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31第三透镜16.862.83irg2062.78137.7126.1832 23.585.00
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5保护玻璃infinity0.70silicon
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infinity
‑ꢀ
infinity4.31
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6成像面
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61.本具体实施例中，物侧面11、21、31和像侧面12、22、32依下列非球面曲线公式定义：
[0062][0063]
其中：
[0064]
r为光学表面上一点到光轴的距离。
[0065]
z为该点沿光轴方向的矢高。
[0066]
c为该表面的曲率。
[0067]
k为该表面的二次曲面常数。
[0068]
a4、a6、a8、a
10
、a
126
分别为：四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶的非球面系数。
[0069]
各个非球面的参数详细数据请参考下表：
[0070]
面序号ka4a6a8a
12
11-6.35e-02-5.38e-069.00e-08-7.32e-10-1.50e-1212-8.65e+001.86e-057.84e-08-2.27e-094.79e-1221-4.16e+001.20e-04-1.09e-061.48e-098.34e-1222-6.60e-01-2.46e-05-1.52e-065.78e-092.50e-12
31-9.48e-016.02e-05-4.91e-07-1.06e-08-1.19e-10326.76e-027.30e-05-1.85e-07-5.87e-083.64e-10
[0071]
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表4。
[0072]
本具体实施例的mtf曲线图详见图2，可以看出在42lp/mm时均大于0.35，具有极高的分辨率；场曲及畸变图详见图3的(a)和(b)，可以看出场曲和畸变都矫正较好，全视场最大畸变绝对值小于0.8％，点列图请参阅图4，可以看出，分辨率高，像差管控好，成像质量好。
[0073]
本实施例使用像素640*512-12μm的非制冷红外光电探测器，镜头设计所有视场的rms radius均小于12μm。经过蒙特卡洛分析，系统公差敏感度不高，具有优良的量产性。
[0074]
本具体实施红外波段透过率大于80％，可在高低温环境下使用。
[0075]
本具体实施例中，长波红外成像镜头的焦距f＝25.0mm；光圈值fno＝1.0；像面直径φ＝10.3mm；视场角fov＝22.3
°
；第一透镜1的物侧面11至成像面6在光轴i上的距离ttl＝34.00mm。
[0076]
实施例二
[0077]
如图5所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0078]
本具体实施例的详细光学数据如表2-1所示。
[0079]
表2-1实施例二的详细光学数据
[0080]
表面 曲率半径/mm厚度/间隔/mm材质折射率色散系数焦距/mm-被摄物面infinityinfinity
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11第一透镜26.943.80irg2062.78137.7130.9912 47.951.50
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4光阑infinity0.25
ꢀꢀꢀꢀ
21第二透镜15.883.16zns2.2019.31-53.3522 11.3512.45
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31第三透镜16.802.83irg2062.78137.7126.2232 23.445.00
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5保护玻璃infinity0.70silicon
ꢀꢀ
infinity
‑ꢀ
infinity4.31
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6成像面infinityinfinity
ꢀꢀꢀꢀ
[0081]
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
[0082][0083][0084]
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表4。
[0085]
本具体实施例的mtf曲线图详见图6，可以看出在42lp/mm时均大于0.35，具有极高
的分辨率；场曲及畸变图详见图7的(a)和(b)，可以看出场曲和畸变都矫正较好，全视场最大畸变绝对值小于0.8％，点列图请参阅图8，可以看出，分辨率高，像差管控好，成像质量好。
[0086]
本实施例使用像素640*512-12μm的非制冷红外光电探测器，镜头设计所有视场的rms radius均小于12μm。经过蒙特卡洛分析，系统公差敏感度不高，具有优良的量产性。
[0087]
本具体实施红外波段透过率大于80％，可在高低温环境下使用。
[0088]
本具体实施例中，长波红外成像镜头的焦距f＝25.0mm；光圈值fno＝1.0；像面直径φ＝10.3mm；视场角fov＝22.3
°
；第一透镜1的物侧面11至成像面6在光轴i上的距离ttl＝34.00mm。
[0089]
实施例三
[0090]
如图9所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0091]
本具体实施例的详细光学数据如表3-1所示。
[0092]
表3-1实施例三的详细光学数据
[0093]
表面 曲率半径/mm厚度/间隔/mm材质折射率色散系数焦距/mm-被摄物面infinityinfinity
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11第一透镜29.94.00irg2062.78137.7130.1012 61.81.42
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4光阑infinity0.25
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21第二透镜14.63.08zns2.2019.31-50.2522 10.412.42
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31第三透镜18.22.84irg2062.78137.7126.1932 26.95.00
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5保护玻璃infinity0.70silicon
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infinity
‑ꢀ
infinity4.30
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6成像面
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[0094]
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
[0095][0096][0097]
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表4。
[0098]
本具体实施例的mtf曲线图详见图10，可以看出在42lp/mm时均大于0.35，具有极高的分辨率；场曲及畸变图详见图11的(a)和(b)，可以看出场曲和畸变都矫正较好，全视场最大畸变绝对值小于0.2％，点列图请参阅图12，可以看出，分辨率高，像差管控好，成像质量好。
[0099]
本实施例使用像素640*512-12μm的非制冷红外光电探测器，镜头设计所有视场的
rms radius均小于12μm。经过蒙特卡洛分析，系统公差敏感度不高，具有优良的量产性。
[0100]
本具体实施红外波段透过率大于80％，可在高低温环境下使用。
[0101]
本具体实施例中，长波红外成像镜头的焦距f＝25.0mm；光圈值fno＝1.0；像面直径φ＝10.3mm；视场角fov＝22.3
°
；第一透镜1的物侧面11至成像面6在光轴i上的距离ttl＝34.00mm。
[0102]
表4本实用新型三个实施例的相关重要参数的数值
[0103] 实施例一实施例二实施例三f1/f1.241.241.20f2/f-2.13-2.13-2.01f3/f1.051.051.05alt/alg0.420.420.42
[0104]
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。