一种长波红外定焦镜头的制作方法

1.本实用新型涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种长波红外定焦镜头。


背景技术：

2.随着非制冷红外探测器的商业化，热红外成像广泛的普及到各行各业中，相比于传统的制冷红外探测器，非制冷红外探测器成本大幅降低、体积也大幅缩小。
3.但是相比于制冷红外探测器，非制冷红外探测器需要匹配通光口径尽量大的镜头，即需要镜头具有较小的f数，传统用于制冷红外探测器的镜头不能适配非制冷红外探测器。


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定焦镜头，旨在解决传统用于制冷红外探测器的镜头不能适配非制冷红外探测器的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了一种长波红外定焦镜头，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、保护窗口和像面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述保护窗口和所述像面沿物侧至像侧方向依次设置，所述第一透镜具有负的光焦度，所述第二透镜具有正的光焦度，所述第三透镜具有负的光焦度，所述第四透镜具有正的光焦度，所述保护窗口无光焦度，所述保护窗口物侧和像侧均为平面。
6.其中，所述长波红外定焦镜头满足以下条件：1.05mm＜f/enpd＜1.15mm，其中f为所述长波红外定焦镜头的有效焦距，enpd为所述长波红外定焦镜头的入瞳直径，所述长波红外定焦镜头焦距为：11.5mm-13.5mm，所述长波红外定焦镜头对光谱范围8μm～14μm的长波红外光校正像差。
7.其中，所述第一透镜具有第一透镜物侧面和第一透镜像侧面，所述第二透镜具有第二透镜物侧面和第二透镜像侧面，所述第三透镜具有第三透镜物侧面和第三透镜像侧面，所述第四透镜具有第四透镜物侧面和第四透镜像侧面，所述第一透镜物侧面和所述第二透镜物侧面均为凸面，所述第一透镜像侧面和所述第二透镜像侧面均为凹面所述第一透镜物侧面、所述第一透镜像侧面、所述第二透镜物侧面、所述第二透镜像侧面、所述第四透镜物侧面和所述第四透镜像侧面为非球面，所述第三透镜物侧面和所述第三透镜像侧面为球面。
8.其中，所述第一透镜的中心厚度在1.976mm-2.184mm，所述第二透镜的中心厚度在3.5245mm-3.8955mm、所述第三透镜的中心厚度在2.071mm-2.289mm、所述第四透镜中心厚度在3.306mm-3.654mm、所述保护窗口的中心厚度在 10.6935mm-0.7665mm。
9.其中，所述第一透镜到所述保护窗口各透镜之间的空气间隔在光轴上的距离依次为21.489mm-23.751、4.1515mm-4.5885、9.5475mm-10.5525mm、 9.31mm-10.29mm、0.7695mm-0.8505。
10.其中，所述第一透镜的材料折射率为3.8mm-4.2mm、所述第二透镜的材料折射率为
2.4795mm-2.7405mm、所述第三透镜的材料折射率为 2.2515mm-2.4885mm、所述第四透镜的材料折射率为3.8mm-4.2mm、所述保护窗口的材料折射为3.23mm-3.57mm。
11.本实用新型的一种长波红外定焦镜头，通过引入多片非球面透镜，相比传统球面透镜，减少了透镜数量，节约了成本，同时非球面对相差校正的能力远优于球面透镜，本长波红外定焦镜头对各种相差均进行了校正和平衡，本长波红外定焦镜头引入非球面透镜，做到了较大的通光口径，达到1.05mm＜f/enpd ＜1.15mm能使更多的红外光线成像在像面，同时通过红外晶体材料与红外玻璃的合理搭配，实现了-40℃～60℃宽温下的被动无热化，在恶劣的使用环境中，始终保持较好的成像质量，其中，对-40℃～60℃的宽温范围进行了被动无热化设计，如图3、图4、图5所示为所述长波红外定焦镜头在常温20℃、低温-40℃、高温60℃下的mtf曲线。
附图说明
12.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
13.图1是本实用新型提供的一种长波红外定焦镜头的结构示意图。
14.图2是本实用新型提供的一种长波红外定焦镜头的光路图。
15.图3是本实用新型提供的一种长波红外定焦镜头的常温20℃的mtf图。
16.图4是本实用新型提供的一种长波红外定焦镜头的低温-40℃的mtf图。
17.图5是本实用新型提供的一种长波红外定焦镜头的高温60℃的mtf图。
18.1-第一透镜、2-第二透镜、3-第三透镜、4-第四透镜、5-保护窗口、6-像面、 7-第一透镜物侧面、8-第一透镜像侧面、9-第二透镜物侧面、10-第二透镜像侧面、 11-第三透镜物侧面、12-第三透镜像侧面、13-第四透镜物侧面、14-第四透镜像侧面。
具体实施方式
19.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
20.请参阅图1至图5，本实用新型提供一种长波红外定焦镜头，包括第一透镜 1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、保护窗口5和像面6，所述第一透镜 1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述保护窗口5和所述像面6沿物侧至像侧方向依次设置，所述第一透镜1具有负的光焦度，所述第二透镜2具有正的光焦度，所述第三透镜3具有负的光焦度，所述第四透镜4具有正的光焦度，所述保护窗口5无光焦度，所述保护窗口5物侧和像侧均为平面。
21.在本实施方式中，通过引入多片非球面透镜，相比传统球面透镜，减少了透镜数量，节约了成本，同时非球面对相差校正的能力远优于球面透镜，本长波红外定焦镜头对各
种相差均进行了校正和平衡，本长波红外定焦镜头引入非球面透镜，做到了较大的通光口径，达到1.05mm＜f/enpd＜1.15mm能使更多的红外光线成像在像面，同时通过红外晶体材料与红外玻璃的合理搭配，实现了-40℃～60℃宽温下的被动无热化，在恶劣的使用环境中，始终保持较好的成像质量，其中，对-40℃～60℃的宽温范围进行了被动无热化设计，如图3、图4、图5所示为所述长波红外定焦镜头在常温20℃、低温-40℃、高温60℃下的mtf 曲线。
22.进一步的，所述长波红外定焦镜头满足以下条件：1.05mm＜f/enpd＜ 1.15mm，其中f为所述长波红外定焦镜头的有效焦距，enpd为所述长波红外定焦镜头的入瞳直径，所述长波红外定焦镜头焦距为：11.5mm-13.5mm，所述长波红外定焦镜头对光谱范围8μm～14μm的长波红外光校正像差；所述第一透镜1具有第一透镜物侧面7和第一透镜像侧面8，所述第二透镜2具有第二透镜物侧面9和第二透镜像侧面10，所述第三透镜3具有第三透镜物侧面11和第三透镜像侧面12，所述第四透镜4具有第四透镜物侧面14和第四透镜像侧面15，所述第一透镜物侧面7和所述第二透镜物侧面9均为凸面，所述第一透镜像侧面8和所述第二透镜像侧面10均为凹面，所述第一透镜物侧面7、所述第一透镜像侧面8、所述第二透镜物侧面9、所述第二透镜像侧面10、所述第四透镜物侧面13、所述第四透镜像侧面14为非球面，所述第三透镜物侧面11、所述第三透镜像侧面12为球面。
23.在本实施方式中，其中从所述第一透镜1到所述保护窗口5，非球面的曲率半径依次12.6825mm-14.0175mm(即13.35mm
±
5％)，9.8135mm-10.8465mm(即 10.33mm
±
5％)，26.2485mm-29.2485m(即27.63mm
±
5％)， 566.1525mm-625.7475m(即595.95mm
±
5％)，37.867mm-41.853mm(即39.86mm
ꢀ±
5％)，65.2175mm-72.0825mm(即68.65mm
±
5％)，球面的曲率半径依次为： 38.9025mm-42.9975mm(即40.98mm
±
5％)，53.5325mm-59.1675mm(即56.35mm
ꢀ±
5％)，本长波红外定焦镜头具有大的通光口径，f数为1.05～1.15，对各种相差进行了良好的校正，采用非球面和被动无热化设计，减小了镜头体积，并在
ꢀ‑
40℃～60℃的温度环境下，均具有良好的成像质量，为非制冷红外探测器提供了一种优良的镜头。
24.进一步的，所述第一透镜1的中心厚度在1.976mm-2.184mm，所述第二透镜2的中心厚度在3.5245mm-3.8955mm、所述第三透镜3的中心厚度在 2.071mm-2.289mm、所述第四透镜4中心厚度在3.306mm-3.654mm、所述保护窗口5的中心厚度在10.6935mm-0.7665mm；所述第一透镜1到所述保护窗口5 各透镜之间的空气间隔在光轴上的距离依次为21.489mm-23.751、 4.1515mm-4.5885、9.5475mm-10.5525mm、9.31mm-10.29mm、0.7695mm-0.8505；所述第一透镜1的材料折射率为3.8mm-4.2mm、所述第二透镜2的材料折射率为2.4795mm-2.7405mm、所述第三透镜3的材料折射率为2.2515mm-2.4885mm、所述第四透镜4的材料折射率为3.8mm-4.2mm、所述保护窗口5的材料折射为 3.23mm-3.57mm。
25.在本实施方式中，所述长波红外定焦镜头非球面的面型z采用以下非球面公式：
[0026][0027]
其中，z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面定点的距离矢高， c为非球面的近轴曲率，c＝1/r(r为曲率半径)，k为圆锥系数，a2、a4、a6、 a8、a10、a12、a14、a16为高次项对应的系数。
[0028]
表1所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜非球面的高次项系数。
[0029]
表面s1s2s3s4s7s8k-2.01-0.342.6193.67-93.73-74.84a2000000a49.25e-051.28e-051.53e-061.38e-058.19e-05-2.51e-05a6-1.06e-075.78e-07-2.55e-07-1.60e-07-2.76e-06-1.57e-06a8-6.86e-10-2.09e-084.44e-093.69e-09-2.36e-091.03e-08a10-1.48e-111.62e-10-3.32e-11-2.31e-114.69e-10-1.57e-10a128.96e-14-1.11e-122.32e-14-7.84e-14-7.52e-121.32e-12a14-2.58e-174.27e-156.29e-161.22e-152.59e-14-4.08e-15a16000000
[0030]
其中，e-01表示的是10的-1次方，e-02表示的是10的-2次方，依次类推， e-n表示的是10的-n次方，以上图中和数据显示，本长波红外定焦镜头各个焦段的各种像差得到了很好的校正，具有良好的成像质量。
[0031]
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。