一种大视场低畸变车载长波红外镜头制造技术

本实用新型专利技术设计了一种大视场低畸变车载长波红外镜头，采用了四片式透镜组合，在同一光轴上固定排列，对称分布，该镜头包括在同一光轴上从物侧至像侧依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4。具有大视场、大相对孔径和低畸变成像特性；通过光学材料和光学初始结构选择、光焦度分配、设计中引入非球面和二元衍射面的方法，消除了温度对光学系统性能的影响，不调焦的情况下在

【技术实现步骤摘要】
一种大视场低畸变车载长波红外镜头


[0001]本技术属于红外光学
，具体涉及一种大视场低畸变车载长波红外镜头。

技术介绍

[0002]红外热成像技术把红外辐射转为可见光的技术。物体向外发出的红外辐射信号经长波红外探测器进行探测并接收，长波红外探测器将红外辐射信号转换为可供人眼观察的图像。基于红外成像技术的长波红外热像驾驶辅助系统是一种使驾驶员视觉增强的有效系统，然而用于红外成像的长波红外镜头因温度变化会使最佳像面发生偏移，同时，在驾驶中通常需要镜头提供足够的视场同时尽量降低畸变。

技术实现思路

[0003]针对以上技术问题，本申请提出一种大视场低畸变车载长波红外镜头，包括在同一光轴上从物侧至像侧依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4。
[0004]作为改进，所述第一透镜L1和所述第二透镜L2为凸面朝向物侧的负光焦度的弯月形透镜，所述第三透镜L3和第四透镜L4为凸面朝向像侧的正光焦度的弯月形透镜。
[0005]作为进一步改进，所述第一透镜L1的物侧面为球面，像侧面为非球面；所述第二透镜L2的物侧面为球面，像侧面为非球面；所述第三透镜L3物侧面为二元衍射面，像侧面为球面；所述第四透镜L4的物侧面和像侧面均为球面。
[0006]作为进一步改进，所述的大视场低畸变车载长波红外镜头，其特征在于，所述的非球面为偶次非球面，非球面方程为：
[0007][0008]其中，z为所述非球面的矢高，r为所述非球面的半口径，k为所述非球面的圆锥系数，c为所述非球面的曲率，A2、A4、A6为所述非球面的非球面系数。
[0009]作为进一步改进，所述第一透镜L1的焦距f1与所述大视场低畸变车载长波红外镜头的焦距f的关系为下式所示：
‑
3.2*f≤f1≤
‑
2.1*f。
[0010]作为进一步改进，所述二元衍射面满足下列表达式：
[0011][0012]其中，ρ＝r/r1，r1为二元衍射面的归一化半径，Ai为二元衍射面的相位系数，N为级数中多项式系数的序。
[0013]作为进一步改进，所述光学镜头的光学畸变值≤2％，对角视场为40度，光圈系数为F1.0。
[0014]作为进一步改进，所述第一透镜L1为锗晶体制备，所述第二透镜L2、所述第三透镜
L3、所述第四透镜L4均采用红外硫系玻璃制备，所述镜头的镜筒采用7075硬铝合金。
[0015]与现有技术相比，本技术提供的大视场低畸变车载长波红外镜头具有如下有益效果：
[0016]降低了轴外光束主光线在各透镜表面的入射角，降低了彗差、像散和畸变等光学像差的影响，消除了温度对光学系统性能的影响，使系统视场角达到40
°
，系统相对孔径达到1/1，系统总畸变≤2％，不调焦的情况下在
‑
45℃～+85℃温度范围内成像清晰度。
附图说明
[0017]图1：一种实施例的光学结构示意图；
[0018]图2：一种实施例的光学畸变仿真值；
[0019]图3：一种实施例的常温20℃时的传递函数曲线；
[0020]图4：一种实施例的低温
‑
45℃时的传递函数曲线；
[0021]图5：一种实施例的高温85℃时的传递函数曲线。
具体实施方式
[0022]以下实施例进一步说明本技术的内容，但不应理解为对本技术的限制。在不背离本技术精神和实质的情况下，对本技术方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本技术的范围。
[0023]在本技术实施例中，大视场低畸变车载长波红外镜头适配于分辨率384
×
288、像素尺寸17um长波红外热成像探测器。镜头光学总长45mm，最大口径24mm，视场角度为40
°
，系统相对孔径达到1/1，系统总畸变≤2％。
[0024]一种实施例的光学结构如图1，采用了四片式透镜组合，在同一光轴上固定排列。沿光轴从物侧至像侧依次设置的第一单透镜L1、第二单透镜L2、第三单透镜L3、第四单透镜L4；
[0025]该实施例中，第一透镜L1和第二透镜L2为凸面朝向物侧的负光焦度的弯月形透镜，第三透镜L3和第四透镜L4为凸面朝向像侧的正光焦度的弯月形透镜；
[0026]该实施例中，第一透镜L1的物侧面为球面，像侧面为非球面；第二透镜L2的物侧面为球面，像侧面为非球面；第三透镜L3物侧面为二元衍射面，像侧面为球面；第四透镜L4的物侧面和像侧面均为球面；
[0027]本领域技术人员可对该实施例中的各透镜的焦距与整个光学镜头的焦距关系进行适当设计。
[0028]另一个实施例，与以上实施例不同在于：
[0029]所述非球面为偶次非球面，非球面方程为：
[0030][0031]其中，z为所述非球面的矢高，r为所述非球面的半口径，k为所述非球面的圆锥系数，c为所述非球面的曲率，A2、A4、A6为所述非球面的非球面系数。
[0032]所述第一透镜L1的焦距f1与所述大视场低畸变车载长波红外镜头的焦距f的关系
为下式所示：
‑
3.2*f≤f1≤
‑
2.1*f。
[0033]第三透镜L3前表面为二元衍射面，二元衍射面满足下列表达式：其中，r1为二元衍射面的归一化半径，Ai为二元衍射面的相位系数，N为级数中多项式系数的序。
[0034]另一个实施例，与以上实施例不同在于，第一透镜材料为锗晶体，所述的第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4均采用红外硫系玻璃；光学镜头的镜筒材料选用的7075硬铝合金；光学镜头的光学畸变值≤2％，对角视场为40
°
，光圈为F1.0。
[0035]下面通过一个更具体的实施例进行说明。
[0036]图1是本技术实施例提供的一种大视场低畸变车载长波红外镜头的光学结构示意图，参考图1，本技术采用了四片式透镜组合，在同一光轴上固定排列。沿光轴从物侧至像侧依次设置的第一单透镜L1、第二单透镜L2、第三单透镜L3、第四单透镜L4。
[0037]所述第一透镜L1和第二透镜L2为凸面朝向物侧的负光焦度的弯月形透镜，所述第三透镜L3和第四透镜L4为凸面朝向像侧的正光焦度的弯月形透镜。
[0038]所述的第一透镜材料为锗晶体，所述的第二透镜L2、第三透镜L3、第三透镜L3均采用红外硫系玻璃；
[0039]所述光学镜头的镜筒材料选用的7075铝合金；
[0040]在本技术实施例中，大视场低畸变车载长波红外镜头适配于分辨率384X288、像素尺寸17um长波红外热成像探测器。镜头光学总长45mm，最大口径24mm，视场角度为40
°
，系统相对孔径达到1/1，系统总畸变≤2％。
[0041]如图2所示，本实施例的最大光学畸变位于最大视场处，畸变最大值为2％，人眼不易察觉图像的变形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大视场低畸变车载长波红外镜头，其特征在于，包括在同一光轴上从物侧至像侧依次设置的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)；所述第一透镜(L1)和所述第二透镜(L2)为凸面朝向物侧的负光焦度的弯月形透镜，所述第三透镜(L3)和所述第四透镜(L4)为凸面朝向像侧的正光焦度的弯月形透镜；所述第一透镜(L1)的物侧面为球面，像侧面为非球面；所述第二透镜(L2)的物侧面为球面，像侧面为非球面；所述第三透镜(L3)物侧面为二元衍射面，像侧面为球面；所述第四透镜(L4)的物侧面和像侧面均为球面。2.如权利要求1所述的大视场低畸变车载长波红外镜头，其特征在于，所述的非球面为偶次非球面，非球面方程为：其中，z为所述非球面的矢高，r为所述非球面的半口径，k为所述非球面的圆锥系数，c为所述非球面的曲率，A2、A4、A6为所述非球面的非球面系数。3.如权利要求2所述的大视场低畸...

【专利技术属性】
技术研发人员：任丹，王振华，韩鹏飞，凌晗，徐丹，马红艳，
申请(专利权)人：北京北方长城光电仪器有限公司，
类型：新型
国别省市：