无热化热成像镜头制造技术

本实用新型专利技术涉及一种无热化热成像镜头，包括沿光线入射方向从前至后依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜与第三透镜，其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜均为弯月透镜；第一透镜是具有负光焦度的透镜，第二透镜和第三透镜均为具有正光焦度的透镜。该实用新型专利技术克服了现有市面上大部分热成像镜头很难采用数量很少的透镜结构(如三片)做到完全从光学上被动消热差的缺点，其应用了光学被动式补偿技术，通过比较特殊的镜片排布和光焦度匹配，仅采用三个透镜组合即可实现极佳的光学被动消热差效果(‑40℃‑85℃下共焦成像效果好)，且通过大靶面设计能匹配更小芯片像元。

【技术实现步骤摘要】
无热化热成像镜头
本技术涉及一种无热化热成像镜头，应用在热成像镜头生产领域。
技术介绍
红外热成像的工作原理为：0-100℃物体发射出的远红外光(8-12μm波长)经过红外光学镜头的聚焦后，成像在氧化钒材料做成的面阵探测器(CCD)上。因为人体的表面温度为35℃，远高于周围环境(约为20℃)，所以人体或者汽车等较高温物体就会在相机中凸显出来，而且该光学系统的特点是：表面温度越高的物体，其成像后的灰度值越高，也就是亮度越高，故人的脸部是白亮的。此类型的相机主要用于夜视技术、军事导弹或飞机的跟踪，而受目前的新冠疫情的影响，红外热成像镜头显得越来越重要，红外热成像的应用红外测温仪和红外成像仪是当前疫情紧急情况下快速精确测量人体温度的高科技设备。红外测温仪是一种非接触式测温仪器，通过吸收被测物体发出的红外辐射来测量其温度。其可1秒快速测温，达到快速筛查体温异常的目的，并防止交叉传染，适用于机场口岸、地铁、车站、码头、医院等人流密集的场合，用于体温异常人员的快速筛查。所以对红外镜头的设计也是当下的技术发展重点。由于红外镜头的工作环境往往复杂多变，极易受到温度的干扰从而影响镜头的成像质量，故红外镜头的设计重点之一就是减少环境温度对镜头的影响，使镜头在较大的温度范围内对保持性能的稳定，而要使红外镜头保持稳定就要应用红外系统的消热差技术。红外消热差技术主要分为：机械被动式、机械主动式、光学被动式等。光学被动式补偿技术是利用光学材料热特性之间的差异，通过合理的材料、光焦度配匹配合，来消除光学系统像面位置随温度的变化的技术。而现有市面上大部分热成像镜头很难仅采用数量很少的透镜结构(如三片)做到完全从光学上被动消热差。因此提供一种仅采用三个透镜组合即可实现极佳的光学被动消热差效果、通过大靶面设计能匹配更小芯片像元的无热化热成像镜头己成为当务之亟。
技术实现思路
为了克服现有市面上大部分热成像镜头很难采用数量很少的透镜结构(如三片)做到完全从光学上被动消热差的缺点，本技术提供一种无热化热成像镜头，其应用了光学被动式补偿技术，通过比较特殊的镜片排布和光焦度匹配，仅采用三个透镜组合即可实现极佳的光学被动消热差效果(-40℃-85℃下共焦成像效果好)，且通过大靶面设计能匹配更小芯片像元。本技术的技术方案如下：一种无热化热成像镜头，包括沿光线入射方向从前至后依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜与第三透镜，其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜均为弯月透镜；第一透镜是具有负光焦度的透镜，第二透镜和第三透镜均为具有正光焦度的透镜；第一透镜的光学材料为锗，第二透镜和第三透镜的光学材料均为硫系玻璃；第一透镜为球面透镜，第二透镜和第三透镜均为非球面透镜；光阑与第一透镜之间的空气间隔为0mm，所述第一透镜和第二透镜之间的空气间隔为0.3-0.5mm，所述第二透镜和第三透镜之间的空气间隔为30-40mm。本申请的无热化热成像镜头应用了光学被动式补偿技术，使得此镜头能在复杂的环境中工作，且保持成像的一致性，其通过光焦度、透镜形状、透镜材料、面型类型(球面或非球面)与透镜间的间隔的配合，仅采用三片式透镜结构，镜头采用宽光谱优化设计和大靶面设计，即可达到良好的光学被动消热差效果，在8-14um波段有较好的成像效果，可匹配更小芯片像元(如现有市面上常用的640*512@17um的热感芯片)。其中，系统采用三片式负-正-正结构，调节系统的光焦度匹配，可以有效提升系统的分辨率，降低局部光焦度过于集中带来的系统局部敏感性。系统设计中采用锗-硫-硫的材料匹配达到消热差效果。光学材料与光焦度的配合能够达到尽可能消除温度使光学系统像面位置变化的目的。光焦度和透镜形状的配合使得该热成像镜头可以在设计的焦距下获得最佳的成像效果。而透镜材料和面型类型的配合使得该热成像镜头可以在高低温环境下获得最佳的成像效果。该无热化热成像镜头的光学总长TTL为：60mm＜TTL＜70mm，能达到以下光学指标：1、光圈F#＝1.0；2、匹配Sensorsize：640*512@17um；3、光谱范围：8-14um；4、全视场畸变小于0.5％，全视场MTF在30频率大于0.35，很好地实现-40℃-85℃下共焦成像；5、实现设计像面φ14.2mm，相对孔径D/f’为1.0。所述第一透镜焦距为-300--350mm，所述第二透镜焦距为40-55mm，所述第三透镜焦距为90-110mm。优选的各透镜焦距值使得所述无热化热成像镜头的光学被动消热差效果更佳，且焦距为50mm。所述第一透镜、第二透镜与第三透镜的表面均镀有宽带增透膜。宽带增透膜的设置能增加镜头在工作波长的透过率。所述宽带增透膜为在8-14um具有膜层透过率＞99％的膜层。该优选设置使得镜头在8-14um波段范围内具有高透过率，即在远红外光模式下具有高透过率。所述第一透镜、第二透镜与第三透镜的入光面均镀有DLC硬质膜。该设置可以有效防护透镜被划伤。所述无热化热成像镜头还包括设置在第三透镜之后的保护片。所述保护片的设置能够保护镜头。所述保护片为Ge窗片。优选的保护片易得且成本低。与现有技术相比，本技术申请具有以下优点：1)本申请的无热化热成像镜头应用了光学被动式补偿技术，使得此镜头能在复杂的环境中工作，且保持成像的一致性，其通过光焦度、透镜形状、透镜材料、面型类型(球面或非球面)与透镜间的间隔的配合，仅采用三片式透镜结构，镜头采用宽光谱优化设计和大靶面设计，即可达到良好的光学被动消热差效果，在8-14um波段有较好的成像效果，可匹配更小芯片像元(如现有市面上常用的640*512@17um的热感芯片)；2)该无热化热成像镜头的光学总长TTL为：60mm＜TTL＜70mm，能达到以下光学指标：1、光圈F#＝1.0；2、匹配Sensorsize：640*512@17um；3、光谱范围：8-14um；4、全视场畸变小于0.5％，全视场MTF在30频率大于0.35，很好地实现-40℃-85℃下共焦成像；5、实现设计像面φ14.2mm，相对孔径D/f’为1.0；3)优选的各透镜焦距值使得所述无热化热成像镜头的光学被动消热差效果更佳；4)优选的宽带增透膜使得镜头在8-14um波段范围内具有膜层透过率＞99％，即在远红外光模式下具有高透过率；5)DLC硬质膜的设置可以有效防护透镜被划伤；6)保护片的设置能够保护镜头。附图说明图1是本技术无热化热成像镜头的镜片结构示意图；图2是本技术无热化热成像镜头在25℃工作环境的MTF图；图3是本技术无热化热成像镜头在-40℃工作环境的MTF图；图4是本技术无热化热成像镜头在85℃工作环境的MTF图；图5是本技术无热化热成像镜头的畸变图；图6是本技术无热化热成像镜头的相对照度图；图7是本技术无热化热成像镜头在25℃工作环境的可见光弥散斑图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无热化热成像镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向从前至后依次设置的光阑(5)、第一透镜(1)、第二透镜(2)与第三透镜(3)，其中，第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)均为弯月透镜；第一透镜(1)是具有负光焦度的透镜，第二透镜(2)和第三透镜(3)均为具有正光焦度的透镜；第一透镜(1)的光学材料为锗，第二透镜(2)和第三透镜(3)的光学材料均为硫系玻璃；第一透镜(1)为球面透镜，第二透镜(2)和第三透镜(3)均为非球面透镜；光阑(5)与第一透镜(1)之间的空气间隔为0mm，所述第一透镜(1)和第二透镜(2)之间的空气间隔为0.3～0.5mm，所述第二透镜(2)和第三透镜(3)之间的空气间隔为30～40mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种无热化热成像镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向从前至后依次设置的光阑(5)、第一透镜(1)、第二透镜(2)与第三透镜(3)，其中，第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)均为弯月透镜；第一透镜(1)是具有负光焦度的透镜，第二透镜(2)和第三透镜(3)均为具有正光焦度的透镜；第一透镜(1)的光学材料为锗，第二透镜(2)和第三透镜(3)的光学材料均为硫系玻璃；第一透镜(1)为球面透镜，第二透镜(2)和第三透镜(3)均为非球面透镜；光阑(5)与第一透镜(1)之间的空气间隔为0mm，所述第一透镜(1)和第二透镜(2)之间的空气间隔为0.3～0.5mm，所述第二透镜(2)和第三透镜(3)之间的空气间隔为30～40mm。


2.根据权利要求1所述的无热化热成像镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)焦距为-300～-350mm，所述第二透...

【专利技术属性】
技术研发人员：温晓锋，林勇杰，何孔义，
申请(专利权)人：福建福特科光电股份有限公司，
类型：新型
国别省市：福建;35