一种160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头

本技术涉及一种长波红外光学镜头，具体涉及一种160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头。

背景技术：

1、鱼眼镜头(也称为全景镜头)是一种极端的广角镜头，其焦距通常小于等于16mm，视角范围通常大于等于120度。这种摄影镜头的前镜片工作面半径很小，且呈抛物状向镜头前部凸出，与鱼的眼睛非常相似。但鱼眼镜头的成像存在着不可避免的桶形畸变，导致除中心视场的景物基本保持不变外，边缘视场的景物均发生了一定程度的变形，因此鱼眼镜头的成像与人眼中真实世界的景象存在巨大差别，对于其在工业生产或测量等领域的应用十分不利。

2、温度会对红外光学材料的性能产生严重影响，为保证红外光学系统在不同温度环境中的成像质量，需对其进行无热化设计，常用的无热化设计技术有电子主动式无热化技术、机械被动式无热化技术和光学被动式无热化技术，其中光学被动式无热化技术的原理是通过选取合适的光学材料和结构材料搭配，使镜头在不同温度下焦距的变化量与结构材料随温度的变化量相同，不增加系统复杂度，具有结构简单、质量轻、可靠性高的优点，是光学系统进行无热化设计的首选方案。

3、现有鱼眼镜头普遍采用八个或更多镜片组成的镜头，存在的问题是：镜头结构复杂、镜片数量多，导致镜头的透光率低，并且镜头仅在常温下具有良好的成像性能。

4、中国专利cn204462517u公开了一种三片式150度鱼眼长波红外镜头，包括第一透镜，第二透镜和第三透镜。其中第一透镜为负光焦度的弯月形镜片，第一透镜凸面朝向物方，第一透镜凹面为非球面，第二透镜为正光焦度的弯月形镜片，第二透镜凸面朝向像方，第二透镜凸面为非球面，第三透镜为正光焦度的平凸形镜片，第三透镜凸面朝向像方。但该现有技术存在的问题是：不具有无热化性能；相对照度较低，导致像面边缘的亮度不足。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是解决现有技术不具有无热化性能、相对照度较低的问题，而提供一种160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头。

2、本实用新型的设计思路为：通过第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和滤光镜片合理布局组成一个反摄远型光学系统，然后通过与框架组件组装形成一种160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头；透镜组件选择合适的光学材料，框架组件选择合适的结构材料，以实现光学系统的消色差与消热差功能，使鱼眼镜头在镜片数量较少的情况下，具有较佳的透光率。

3、为实现上述目的，本实用新型所提供的技术解决方案是：

4、一种160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头，其特殊之处在于：

5、包括透镜组件和框架组件；所述透镜组件包括沿入射光传播方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、孔径光阑和滤光镜片；所述第一透镜为具有负光焦度的圆形凹凸透镜，其物侧面为凸面；所述第二透镜和第三透镜为具有正光焦度的圆形凹凸透镜，其物侧面为凹面；所述第四透镜为具有正光焦度的圆形双凸透镜；所述滤光镜片为圆形平面镜；所述第二透镜的物侧面、所述第三透镜的像侧面和所述第四透镜的物侧面均为偶次非球面；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和滤光镜片沿光路依次设置在所述框架组件内。

6、进一步地，所述框架组件包括镜筒和设置在镜筒内壁用于固定透镜组件的多个镜框与压圈，以及用于分隔第二透镜与第三透镜的隔圈；所述镜筒由空心的第一圆柱体、圆锥台和第二圆柱体依次连接而成，其中第一圆柱体的底面半径与圆锥台的大端半径相同，第二圆柱体的底面半径与圆锥台的小端半径相同；所述镜框、隔圈和压圈均为环形组件；所述第一透镜设置在所述第一圆柱体靠近物侧一端，所述第二透镜设置在所述第二圆柱体靠近圆锥台的一侧，所述滤光镜片通过压圈设置在所述第二圆柱体靠近像侧一端，所述第四透镜设置在第二圆柱体内靠近滤光镜片的位置，所述第三透镜设置在第二圆柱体内靠近第四透镜的位置；所述隔圈设置在第二圆柱体内，位于安装第二透镜和第三透镜的镜框之间。

7、进一步地，所述第一透镜的焦距f’1满足：-3.5f’<f’1<-2.5f’；所述第二透镜的焦距f’2满足：88f’<f’2<89f’；所述第三透镜的焦距f’3满足：-48f’<f’3<-47f’；所述第四透镜的焦距f’4满足：4f’<f’4<5f’。

8、进一步地，第一透镜物侧面的曲率半径r1满足：7f’<r1<8f’，像侧面的曲率半径r2满足：3f’<r2<4f’；第二透镜物侧面的曲率半径r3满足：-11.5f’<r3<-10.5f’，像侧面的曲率半径r4满足：-11f’<r4<-10f’；第三透镜物侧面的曲率半径r5满足：-19f’<r5<-18.5f’，像侧面的曲率半径r6满足：-29.5f’<r6<-29f’；第四透镜物侧面的曲率半径r7满足：11f’<r7<12f’，像侧面的曲率半径r8满足：-19f’<r8<-18.5f’。

9、进一步地，所述第一透镜的折射率n1满足：3.9<n1<4；所述第二透镜的折射率n2满足：2.3<n2<2.5；所述第三透镜的折射率n3满足：2.1<n3<2.3；所述第四透镜的折射率n4满足：2.5<n4<2.7。

10、进一步地，所述镜筒、镜框、隔圈和压圈的材质均为铝合金，刚度高。

11、进一步地，所述镜筒的长度为44.20mm。

12、进一步地，所述第二圆柱体的外壁均布设置有至少四个安装环，用于与其他组件的连接。

13、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

14、1、本实用新型采用四个透镜和一个滤光镜片，其具体布局为：沿入射光传播方向依次设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、孔径光阑和滤光镜片，通过上述合理布局，本实用新型实现了160度超广角取景，增加了透光率和相对照度，优化了成像效果，降低了镜头的生产成本；并且将孔径光阑后移，减小了镜头的大小；

15、2、本实用新型中第二透镜的物侧面、第三透镜的像侧面和第四透镜的物侧面均为偶次非球面，起到了校正镜头残余像差的作用；

16、3、本实用新型中镜筒、镜框、隔圈和压圈的材质均为铝合金，刚度高；并且通过与镜片材质的合理搭配，本实用新型的光学系统实现了的消色差与消热差功能，并且具有了无热化性能，鱼眼镜头在工作温度范围(-20℃～40℃)和工作波长范围(8.0～14.0μm)内成像较佳；且在工作温度范围内随着温度的变化，成像质量无明显变化。

技术特征：

1.一种160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头，其特征在于：

2.根据权利要求1所述160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头，其特征在于：

3.根据权利要求2所述160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头，其特征在于：

4.根据权利要求3所述160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头，其特征在于：

5.根据权利要求4所述160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头，其特征在于：

6.根据权利要求1或2所述160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头，其特征在于：

7.根据权利要求1或2所述160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头，其特征在于：

8.根据权利要求1或2所述160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头，其特征在于：

技术总结
本技术涉及一种长波红外光学镜头，具体涉及一种160度超广角的四片式长波红外无热化鱼眼镜头，目的是解决现有技术不具有无热化性能、相对照度较低的问题。本技术包括透镜组件和框架组件；透镜组件包括沿入射光传播方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、孔径光阑和滤光镜片；框架组件包括镜筒和设置在镜筒内壁用于固定透镜组件的多个镜框与压圈，以及用于分隔第二透镜与第三透镜的隔圈。第一透镜为凹凸透镜，第二透镜和第三透镜为凹凸透镜，第四透镜为双凸透镜。本技术通过四片镜头的合理布局，实现了160度超广角取景，增加了透光率和相对照度，优化了成像效果，降低了镜头的生产成本。

技术研发人员：张佳磊,薛要克,王虎,柴文义,林上民,刘杰,王禛,车云强
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：20230814
技术公布日：2024/4/17