專利名稱：一種非致冷長波紅外超廣角魚眼鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種紅外魚眼鏡頭，尤其涉及一種非致冷長波紅外超廣角魚眼鏡頭。
背景技術(shù)：
普通的紅外鏡頭能觀測的視場范圍一般在35° 50°之間，在許多需要精確識別、跟蹤目標(biāo)的場合存在視角盲區(qū)和局限。為擴(kuò)大搜索范圍、提高識別功能，常常需要同時使用多個紅外鏡頭，這增加了紅外設(shè)備的成本，限制了紅外鏡頭的更廣泛應(yīng)用。目前，為了增大紅外光學(xué)系統(tǒng)的視場角，常采用三片式物鏡(天塞式物鏡)、雙高斯式物鏡或者反攝遠(yuǎn)型物鏡的結(jié)構(gòu)型式。①三片式物鏡(天塞式物鏡)由正、負(fù)、正分離的三片單透鏡組成，共有8個變數(shù)，是能夠同時校正7種像差的最簡單結(jié)構(gòu)。透鏡材料的選擇對成像結(jié)果有一定的影響，一般正透鏡宜采用高折射率低色散玻璃。這種物鏡的視場在50°左右，相對孔徑為I / 4.5 I / 3. 5。②雙高斯式物鏡以厚透鏡為基礎(chǔ)加上薄透鏡而成，可以將球差校正得很好。對稱型結(jié)構(gòu)使垂軸像差可以自動校正，并引入一個膠合面來校正色差。這種物鏡的視場角約為45° 50°，相對孔徑可以達(dá)到I / 2，但受到軸外球差和高級像散的限制。如果把最后一塊透鏡分離成兩塊，或者把中間兩個膠合厚透鏡中的一個或兩個變成分離透鏡，可以適當(dāng)提高物鏡的視場或相對孔徑。③反攝遠(yuǎn)型物鏡由前、后分開的兩組透鏡構(gòu)成，負(fù)光焦度透鏡在前，正光焦度透鏡在后，組成不對稱的光路結(jié)構(gòu)，能同時實現(xiàn)大的視場角和大相對孔徑。反攝遠(yuǎn)型物鏡，除了具有后工作距長的特點外，與雙高斯式物鏡相比，由于其物方視場角大于像方視場角，像差相對容易校正，像面照度比較均勻。紅外魚眼鏡頭又稱為紅外廣角鏡頭，是一種具有大視場角并且要求紅外成像質(zhì)量良好的紅外光學(xué)系統(tǒng)，其具有較大(寬)的視場角、較小的體積，在相同的使用環(huán)境下，紅外魚眼鏡頭比普通的紅外鏡頭的監(jiān)測范圍廣。因此，在監(jiān)控、搜救領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。但是目前紅外魚眼鏡頭的研發(fā)應(yīng)用正處于起步階段，應(yīng)用于非致冷長波紅外探測器視場角超過100°，且畸變小于13. 5%并能消除系統(tǒng)中雜散光的紅外魚眼鏡頭至今還未見報道。
發(fā)明內(nèi)容針對目前的技術(shù)空白，本實用新型提供一種可在視場角< 110°的條件下清晰成像，畸變小于13. 5%，并在系統(tǒng)中加入雜散光規(guī)避措施的非致冷長波紅外魚眼鏡頭。本實用新型所述的非致冷長波紅外超廣角魚眼鏡頭，其特征在于由第一彎月負(fù)透鏡、第二平凹負(fù)透鏡、第三彎月正透鏡、第四彎月正透鏡共四片鏡片組成，光焦度分布為負(fù)、負(fù)、正、正，鏡頭的工作波段為8 12μπι，其中，第一彎月負(fù)透鏡是凸向物面的彎月型負(fù)透鏡，其用壓圈固定在靠物面一端的鏡筒內(nèi)，與第二平凹負(fù)透鏡間隔有距離；第二平凹負(fù)透鏡的前、后用第一隔圈和第二隔圈固定在鏡筒內(nèi)，與第三彎月正透鏡間隔有距離；第三彎月正透鏡是凸向像面的彎月型正透鏡，其前、后用第二隔圈和第三隔圈固定在鏡筒內(nèi)，與第四彎月正透鏡間隔有距離；第四彎月正透鏡是凸向像面的彎月型正透鏡，其用第三隔圈固定在靠像面一端的鏡筒內(nèi)，與紅外探測器焦平面陣列間隔有距離。四片透鏡處在同一光軸上。在壓圈的內(nèi)表面和第一隔圈、第二隔圈、第三隔圈的內(nèi)表面設(shè)計有消光螺紋。第一、二透鏡組成前負(fù)透鏡組與第三、四透鏡組成的后正透鏡組構(gòu)成反攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)，在第三彎月正透鏡的后表面上設(shè)置有光闌面，在第一彎月負(fù)透鏡的后表面、第二平凹負(fù)透鏡的后表面以及第四彎月正透鏡的后表面設(shè)計有偶次非球面。本實用新型的有益效果為該紅外魚眼鏡頭的視場角可達(dá)110°，畸變在13. 5%以內(nèi)，鏡頭采用消光螺紋，有效消除了系統(tǒng)中雜散光，各個視場成像質(zhì)量均接近衍射極限，具有超廣角、高成像質(zhì)量的優(yōu)點。
圖I為本實用新型的系統(tǒng)圖；圖2為壓圈2內(nèi)表面中的消光螺紋I (比例4 1)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為第一隔圈內(nèi)表面中的消光螺紋2 (比例4 1)結(jié)構(gòu)示意圖圖4為第二隔圈內(nèi)表面中的消光螺紋3(比例4 1)結(jié)構(gòu)示意圖圖5為第三隔圈內(nèi)表面中的消光螺紋4(比例4 1)結(jié)構(gòu)示意圖圖6為本實用新型的調(diào)制傳遞函數(shù)圖。圖中，I.鏡筒，2.壓圈(內(nèi)表面有消光螺紋I)，3.第一彎月負(fù)透鏡，4.第一隔圈(內(nèi)表面有消光螺紋2)，5.第二平凹負(fù)透鏡，6.第二隔圈(內(nèi)表面有消光螺紋3)，7.第三彎月正透鏡，8.第三隔圈(內(nèi)表面有消光螺紋4)，9.第四彎月正透鏡，10.紅外探測器焦平面陣列，dl為透鏡I到透鏡2的距離，d2為透鏡2到透鏡3的距離，d3為透鏡3到透鏡4的距離，d4為透鏡4到紅外探測器焦平面陣列的距離。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，通過實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖I所示，本實用新型所述的非致冷長波紅外超廣角魚眼鏡頭，由第一彎月負(fù)透鏡3、第二平凹負(fù)透鏡5、第三彎月正透鏡7、第四彎月正透鏡9共四片鏡片組成，光焦度分布為負(fù)、負(fù)、正、正，鏡頭的工作波段為8 12μπι，其中，第一彎月負(fù)透鏡3是凸向物面的彎月型負(fù)透鏡，其用壓圈2固定在靠物面一端的鏡筒I內(nèi)，與第二平凹負(fù)透鏡5的距離為dl ;第二平凹負(fù)透鏡5的前、后用第一隔圈4和第二隔圈6固定在鏡筒I內(nèi)，與第三彎月正透鏡7的距離為d2 ;第三彎月正透鏡7是凸向像面的彎月型正透鏡，其前、后用第二隔圈6和第三隔圈8固定在鏡筒I內(nèi)，與第四彎月正透鏡9的距離為d3 ;第四彎月正透鏡9是凸向像面的彎月型正透鏡，其用第三隔圈8固定在靠像面一端的鏡筒I內(nèi)，與紅外探測器焦平面陣列10的距離為d4。四片透鏡處在同一光軸上。在壓圈2的內(nèi)表面和第一隔圈4、第二隔圈6、第三隔圈8的內(nèi)表面設(shè)計有不同的消光螺紋，如圖2至圖5所示。第一、二透鏡組成前負(fù)透鏡組與第三、四透鏡組成的后正透鏡組構(gòu)成反攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)，在第三彎月正透鏡7的后表面上設(shè)置有光闌面，在第一彎月負(fù)透鏡3的后表面、第二平凹負(fù)透鏡5的后表面以及第四彎月正透鏡9的后表面設(shè)計有偶次非球面。第一彎月負(fù)透鏡3的前表面、第二平凹負(fù)透鏡5的前表面、第三彎月正透鏡7的前表面和后表面以及第四彎月正透鏡9的前表面均采用普通球面。第一彎月負(fù)透鏡3的前表面鍍類金剛石硬碳膜進(jìn)行保護(hù)，其余透鏡表面鍍高效增透膜。如圖1所示，四片透鏡之間的間距分別為dl=10. 32mm, d2=8. 74mm, d3=ll. 16mm,第 四彎月正透鏡到紅外探測器焦平面陣列的距離d4=10mm。四片透鏡均采用鍺材料制作。偶次非球面的方程為
權(quán)利要求1.一種非致冷長波紅外超廣角魚眼鏡頭，其特征在于由第一彎月負(fù)透鏡⑶、第二平凹負(fù)透鏡(5)、第三彎月正透鏡(7)、第四彎月正透鏡(9)共四片鏡片組成，光焦度分布為負(fù)、負(fù)、正、正，鏡頭的工作波段為8 12μπι，其中，第一彎月負(fù)透鏡⑶是凸向物面的彎月型負(fù)透鏡，其用壓圈⑵固定在靠物面一端的鏡筒⑴內(nèi)，與第二平凹負(fù)透鏡(5)間隔有距離；第二平凹負(fù)透鏡(5)的前、后用第一隔圈⑷和第二隔圈(6)固定在鏡筒⑴內(nèi)，與第三彎月正透鏡(7)間隔有距離；第三彎月正透鏡⑴是凸向像面的彎月型正透鏡，其前、后用第二隔圈(6)和第三隔圈(8)固定在鏡筒⑴內(nèi)，與第四彎月正透鏡(9)間隔有距離；第四彎月正透鏡(9)是凸向像面的彎月型正透鏡，其用第三隔圈⑶固定在靠像面一端的鏡筒⑴內(nèi)，與紅外探測器焦平面陣列(10)間隔有距離；四片透鏡處在同一光軸上，在壓圈⑵的內(nèi)表面和第一隔圈⑷、第二隔圈(6)、第三隔圈⑶的內(nèi)表面有消光螺紋；第一彎月負(fù)透鏡⑶、第二平凹負(fù)透鏡(5)組成前負(fù)透鏡組，與第三彎月正透鏡(7)、第四彎月正透鏡⑶組成的后正透鏡組構(gòu)成反攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)，在第三彎月正透鏡(7)的后表面上有光闌面,在第一彎月負(fù)透鏡⑶的后表面、第二平凹負(fù)透鏡(5)的后表面以及第四彎月正透鏡⑶的后表面為偶次非球面。
2.按照權(quán)利要求I所述的非致冷長波紅外超廣角魚眼鏡頭，其特征在于第一彎月負(fù)透鏡⑶與第二平凹負(fù)透鏡(5)的距離dl為10. 32mm，第二平凹負(fù)透鏡(5)與第三彎月正透鏡(7)的距離d2為8. 74mm，第三彎月正透鏡(7)與第四彎月正透鏡(9)的距離d3為11. 16mm，第四彎月正透鏡⑶與紅外探測器焦平面陣列(10)的距離d4為10mm。
3.按照權(quán)利要求I所述的非致冷長波紅外超廣角魚眼鏡頭，其特征在于四片透鏡均采用鍺材料制作。
專利摘要一種非致冷長波紅外超廣角魚眼鏡頭，由第一彎月負(fù)透鏡、第二平凹負(fù)透鏡、第三彎月正透鏡、第四彎月正透鏡四片鏡片組成，光焦度分布為負(fù)、負(fù)、正、正，工作波段為8～12μm，四片透鏡用壓圈和隔圈固定在鏡筒內(nèi)，在壓圈的內(nèi)表面和隔圈的內(nèi)表面有消光螺紋，第一、二透鏡組成前負(fù)透鏡組與第三、四透鏡組成的后正透鏡組構(gòu)成反攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)，在第三彎月正透鏡的后表面上有光闌面，在第一彎月負(fù)透鏡的后表面、第二平凹負(fù)透鏡的后表面以及第四彎月正透鏡的后表面為偶次非球面。本實用新型的視場角可達(dá)110°，畸變在13.5％以內(nèi)，鏡頭采用消光螺紋，有效消除了系統(tǒng)中雜散光，各個視場成像質(zhì)量均接近衍射極限，具有超廣角、高成像質(zhì)量的優(yōu)點。
文檔編號G02B13/18GK202735579SQ20112030172
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者李林濤, 張瑩昭, 白玉琢, 李洪兵, 陳驥, 羅永芳, 李茂忠 申請人:昆明物理研究所