基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，可用作車載夜視鏡、夜視監(jiān)控鏡頭等。從物方到像方依次包括新月形正透鏡一(凸面朝向物面)、新月形負透鏡二(凸面朝向像面)和新月形正透鏡三(凸面朝向物面)，所述鏡頭的透鏡材料均為紅外硫系玻璃，可進行熱模壓成型，其新月形正透鏡一為折衍混合透鏡，朝像面一側(cè)為非球面衍射面。光學鏡頭系統(tǒng)僅有三片透鏡構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
【專利說明】基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭
【【技術(shù)領域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種遠紅處鏡頭，特別涉及一種大視場的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭。
【【背景技術(shù)】】
[0002]目前所設計的紅外鏡頭以近紅外為主，需要主動發(fā)射紅外光線來達到夜視監(jiān)測的效果，對被動式的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭設計涉及較少，如專利CN201010609811.3發(fā)明了激光夜視儀用近紅外鏡頭，針對近紅外波段夜視成像；專利CN201110173404.7和專利CN00208521.6發(fā)明的也都是近紅外鏡頭，采用鏡頭主動近紅外光照射物體進行夜視成像。少數(shù)設計的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭視場角較小，擴大視場角的同時會降低鏡頭的分辨率，對比度變差，圖像質(zhì)量滿足不了要求，如專利US6507432設計的三片式基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭(波長8 μ m-12 μ m)最大視場角為20.8° ;再有，現(xiàn)有基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的鏡片材料絕大部分采用鍺或硫化鋅等晶體材料，如專利US6507432采用單晶鍺作為鏡片材料，專利US7835071和專利US7911688設計的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭主要采用硫化鋅作為鏡片材料，單晶鍺是一種比較昂貴的晶體，而且只能通過車削加工獲得非球面和衍射面，鏡頭成本很高，鏡片加工的效率非常低，批量制造的難度較大；而硫化鋅除了能直接車削加工外，可以采用硫化鋅粉末直接高溫加熱壓鑄成型，但其成型的溫度超過1000°，工藝控制難度大，加工成本同樣也很高。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]為克服上述技術(shù)缺點，本發(fā)明提供一種可用于車載夜視鏡、夜視監(jiān)控鏡頭等領域的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:提供一種基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，其特征在于:從物方到像方依次包括光闌、第一新月形正透鏡、第二新月形負透鏡和新月形正透鏡和像面。
[0005]優(yōu)選地，該第一新月形正透鏡的凸面朝向物面，該新月形負透鏡的凸面朝向像面，且該第二新月形正透鏡凸面朝向物面。
[0006]選選地，該基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭透過光線的波長范圍在8-12 μ m0
[0007]優(yōu)選地，該基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的總長〈50_，f數(shù)為0.8，視場角>20°。
[0008]優(yōu)選地，該基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的該第一新月形正透鏡包括第一透鏡表面S2與第二透鏡表面S3，該新月形負透鏡3包括第三透鏡表面S4與第四透鏡表面S5，該第二新月形正透鏡4包括第五透鏡表面S6與第六透鏡表面S7，其中透鏡表面s2、s4、s5、s6和s7為球面，透鏡表面s3為非球面。[0009]優(yōu)選地，該基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭還包括光闌，光闌位于第一新月形正透鏡之前。
[0010]優(yōu)選地，該基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的成像分辨率為320X240像素。
[0011]優(yōu)選地，其中第一透鏡表面S2的曲率半徑為35.4518mm，其厚度為18mm，其有效孔徑為15.4733mm ;該第二透鏡表面S3的曲率半徑為40.1788mm，其厚度為11.3091mm,其有效孔徑為11.6223mm;其中第五透鏡表面S6的曲率半徑為20.0041mm，其厚度為
8.4889mm，其有效孔徑為12.2826mm ;該第六透鏡表面S7的曲率半徑為26.1415mm，其厚度為6.4826mm，其有效孔徑為9.1237m。
[0012]優(yōu)選地，其中第三透鏡表面S4的曲率半徑為-20.7084mm，其厚度為7.6836mm，其有效孔徑為11.3862mm ;該第四透鏡表面S5的曲率半徑為-23.5888mm，其厚度為1mm，其有效孔徑為13.9357mm。
[0013]優(yōu)選地，第一新月形正透鏡、第二新月形負透鏡和新月形正透鏡為硫系玻璃材料制造。
[0014]本發(fā)明基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭采用三片式折衍混合光學系統(tǒng)，簡化鏡頭結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)具有較大的視場角，可夜視監(jiān)測的范圍更大，采用較小的f數(shù)設計，增大鏡頭的通光孔徑，使得夜 視場景更加清晰明亮，極大地提高了鏡頭的夜晚觀測能力；同時，鏡片材料采用可大批量快速模壓成型的硫系玻璃，其模壓溫度僅三百度左右(略高于硫系玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg),大大降低了鏡頭的制造成本。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0015]圖1為本發(fā)明基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的光學結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2為本發(fā)明基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的光線像差曲線。
[0017]圖3為本發(fā)明基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的縱向球差、像散和畸變曲線。
[0018]圖4為本發(fā)明基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的MTF曲線。
【【具體實施方式】】
[0019]如圖1所示，本發(fā)明基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭包括如下組件，其由物體發(fā)出的紅外光線依次經(jīng)過光闌1、新月形正透鏡2，其凸面朝向物面、新月形負透鏡3，其凸面朝向像面，和新月形正透鏡4，其凸面朝向物面，最后在像面5成像。該新月形正透鏡2包括第一透鏡表面S2與第二透鏡表面S3，該新月形負透鏡3包括第三透鏡表面S4與第四透鏡表面S5，該新月形正透鏡4包括第五透鏡表面S6與第六透鏡表面S7，透鏡表面s2、s4、s5、s6和s7為球面，透鏡表面s3為非球面，圓錐系數(shù)為-1.325，并在非球面設置具有一級衍射級次的相位多項式型Kinoform 二元光學面；透鏡的材料采用肖特公司的硫系玻璃‘IG3’，可在不超過300°的條件下進行熱模壓成型，大大降低鏡頭成本?？紤]熱影響，透鏡2設計為正光焦度，透鏡3設計為負光焦度。
[0020]所述鏡頭中透鏡2，3，4可鍍增透膜，鏡頭總長不超過50mm，為提高通光量，f數(shù)設計為小于1，此鏡頭實例中f數(shù)為0.8，總長與焦距之比小于2，視場角為23°，鏡頭的分辨率可達320 X 240像素，采用的CXD紅外傳感器像元大小為25 μ m,對角線長10mm。
[0021]表1和表2列出的是鏡頭2，3，4的鏡片相關參數(shù)，該相關參數(shù)均可在表1與表2的基礎上±5mm，包括鏡片面的表面類型、曲率半徑，鏡片厚度、材料、有效孔徑和圓錐系數(shù)以及衍射系數(shù)。
[0022]圖2至圖4為所述基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭相應的光學性能曲線圖。圖2至圖4分別表征了本發(fā)明的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的光線像差曲線、像散、畸變、縱向球差和調(diào)制傳遞函數(shù)MTF值，可以看出，本發(fā)明的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭畸變非常小，小于2 %，光線像差小于25 μ m,所有視場角的MTF均大于0.5，在最大視場角處相對光照度為97.3%，成像品質(zhì)很好。
【權(quán)利要求】
1.一種基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，其特征在于:從物方到像方依次包括光闌、第一新月形正透鏡、第二新月形負透鏡和新月形正透鏡和像面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，其特征在于:該第一新月形正透鏡的凸面朝向物面，該新月形負透鏡的凸面朝向像面，且該第二新月形正透鏡凸面朝向物面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，其特征在于:該基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭透過光線的波長范圍在8-12 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，其特征在于:該基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的總長〈50_，f數(shù)為0.8，視場角>20°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，其特征在于:該基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的該第一新月形正透鏡包括第一透鏡表面S2與第二透鏡表面S3，該新月形負透鏡3包括第三透鏡表面S4與第四透鏡表面S5，該第二新月形正透鏡4包括第五透鏡表面S6與第六透鏡表面S7，其中透鏡表面s2、s4、s5、s6和s7為球面，透鏡表面s3為非球面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，其特征在于:該基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭還包括光闌，光闌位于第一新月形正透鏡之前。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，其特征在于:該基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭的成像分辨率為320X240像素。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，其特征在于:其中第一透鏡表面S2的曲率半徑為35.4518mm，其厚度為18mm，其有效孔徑為15.4733mm ;該第二透鏡表面S3的曲率半徑為40.1788mm，其厚度為11.3091mm，其有效孔徑為11.6223mm ；其中第五透鏡表面S6的曲率半徑為20.0041mm,其厚度為8.4889mm,其有效孔徑為12.2826mm ;該第六透鏡表面S7的曲率半徑為26.1415mm，其厚度為6.4826mm，其有效孔徑為 9.1237m。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，其特征在于:其中第三透鏡表面S4的曲率半徑為-20.7084mm，其厚度為7.6836mm，其有效孔徑為11.3862mm ;該第四透鏡表面S5的曲率半徑為-23.5888mm，其厚度為1mm，其有效孔徑為13.9357mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可模壓衍射非球面透鏡的遠紅外鏡頭，其特征在于--第一新月形正透鏡、第二新月形負透鏡和新月形正透鏡為硫系玻璃材料制造。
【文檔編號】G02B1/00GK103941378SQ201410009016
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月8日
【發(fā)明者】朱勇建, 潘衛(wèi)清 申請人:浙江科技學院