一種應用硫系玻璃的紅外車載鏡頭的制作方法
【專利摘要】一種應用硫系玻璃的紅外車載鏡頭，包括沿光軸從物方到像方，依次設置的第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片和第五鏡片，其特征在于：所述第一鏡片為負光焦度的彎月形鏡片，所述第二鏡片為正光焦度的彎月形鏡片，所述第三鏡片為負光焦度的彎月形鏡片，所述第四鏡片為正光焦度的彎月形鏡片，所述第五鏡片為正光焦度的彎月形鏡片，并且在第二鏡片與第三鏡片之間設置光闌，所述第二鏡片和第五鏡片采用硫系玻璃材料制成。本實用新型應用硫系玻璃紅外車載鏡頭，具有較好的光學性能，實現了大孔徑、大視場、消色差和消熱差的功能。
【專利說明】-種應用硫系玻璃的紅外車載鏡頭
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種鏡頭，特別是涉及一種應用硫系玻璃的鏡頭。
【背景技術】
[0002] 紅外成像系統可以幫助車輛駕駛員在夜間行駛時獲得距離更遠、分辨率更高、對 比度更好的圖像信息，并且能夠避免對面耀眼車燈造成的視覺盲區，從而有效降低在夜間 由于有效可見光圖像信息缺失造成的駕駛困難，提升夜間駕駛的安全性。
[0003] 此外，紅外成像系統無論是在霧天、雨雪天、灰塵和濃煙的條件下，都可以形成有 效的光學圖像信息，幫助駕駛員在復雜自然環境下進行觀察和駕駛。常規紅外鏡頭的材料 包括鍺、硫化鋅、硒化鋅等，這些材料一方面制備成本極高，不利于民用市場的大規模推廣； 另一方面只能采用昂貴費時的單點金剛石車削技術加工高品質成像所需要的非球面鏡頭。 此外，常規紅外材料種類不多，折射率、折射率溫度系數、阿貝常數、熱膨脹系數等關乎光學 系統消色差、熱差的光學參數選擇也較為有限。因此，也為紅外成像系統的鏡頭設計帶來了 不少局限性。
【發明內容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種應用硫系玻璃的紅外車載鏡頭。
[0005] 本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種應用硫系玻璃的紅外車 載鏡頭，包括沿光軸從物方到像方，依次設置的第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片和 第五鏡片，其特征在于：所述第一鏡片為負光焦度的彎月形鏡片，所述第二鏡片為正光焦度 的彎月形鏡片，所述第三鏡片為負光焦度的彎月形鏡片，所述第四鏡片為正光焦度的彎月 形鏡片，所述第五鏡片為正光焦度的彎月形鏡片，并且在第二鏡片與第三鏡片之間設置光 闌，所述第二鏡片和第五鏡片采用硫系玻璃材料制成。
[0006] 優選地，該第一鏡片的凹方朝向物方，凹方采用非球面；第二鏡片的凸方朝向物 方，凸方采用非球面；第三鏡片的凸方朝向物方，凸方采用非球面；第四鏡片的凸方朝向物 方，凸方采用非球面；第五鏡片的凸方朝向像方。
[0007] 優選地，上述五片鏡片滿足以下條件：
[0008] -0. 4 < f/f < -0. 2, I f21 > I f! I, -ο. 8 < f/f3 < -〇. 6, f5 > f4 ；0 < dn/dt = dn4/dt < 5e_4,0 < dn2/dt < le-4,0 < dn3/dt < 5e-5,0 < dn5/dt < le-4 ;其中 f 為整個鏡 頭的焦距，A、f2、f3、f4、f5分別為每片鏡片的焦距，dn/dt為第一鏡片的折射率溫度系數； dn2/dt為第二鏡片的折射率溫度系數；dn3/dt為第三鏡片的折射率溫度系數；dn 4/dt為第 四鏡片的折射率溫度系數；dn5/dt為第五鏡片的折射率溫度系數。
[0009] 優選地，所述第五鏡片與像平面之間還設有保護玻璃。
[0010] 與現有技術相比，本實用新型的優點在本實用新型的應用硫系玻璃的紅外車載鏡 頭于具有較好的光學性能，實現了大孔徑、大視場、消色差和消熱差的功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的紅外車載鏡頭的結構示意圖。
[0012]圖2a、2b分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度洲^時視場角〇。時的子午像 差和孤矢像差。
[0013]圖2c、2d分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度2(rc時視場角 16。時的子午 像差和孤矢像差D
[0014]圖3a、3b分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度-仙^時視場角〇。時的子午 像差和孤矢像差。
[0015]圖3c、3d分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度- 4(rc時視場角16。時的子午 像差和孤矢像差。
[0016]圖4a、4b分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度6(rc時視場角〇。時的子午像 差和孤矢像差。
[0017]圖4c、4d分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度6〇Γ時視場角 16。時的子午 像差和孤矢像差。
[0018]圖5a、5b分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度別^時視場角〇。、 16。的 FFTMTF 圖。
[0019]圖6a、6b分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度-40?時視場角0。、16。的 FFTMTF 圖。
[0020]圖7a、7b分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度6〇Γ時視場角〇。、16。的 FFTMTF 圖。
[0021]圖8是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度2〇1；時的色差曲線。
[0022]圖9是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度-4(TC時的色差曲線。
[0023]圖10是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度6(TC時的色差曲線。
[0024]圖11a、1 lb分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度2(rc時，波長為8 μ m時的場 曲和畸變。
[0025]圖uc、iid分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度2代時，波長為12μπι時的 場曲和畸變。
[0026]圖12a、12b分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度_4〇^時，波長為 8μΓΠ 時的 場曲和畸變。
[0027]圖12c、12d分別是是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度-40。〇時，波長為 1211111時 的場曲和畸變。
[0028]圖13a、13b分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度6(TC時，波長為8μπι時的場 曲和畸變。
[0029]圖13c、13d分別是本實用新型的紅外車載鏡頭在溫度^。(^時，波長為12 μ m時的 場曲和畸變。
【具體實施方式】
[0030]以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0031]本實用新型的紅外車載鏡頭，如圖1所示，包括五片透鏡，沿光軸從物方到像方， 依次包括第一鏡片El，該第一鏡片El為負光焦度的彎月形鏡片，凹方朝向物方，凹方采用 非球面；第二鏡片為正光焦度的彎月形鏡片，凸方朝向物方，凸方采用非球面；第三鏡片E3 為負光焦度的彎月形鏡片，凸方朝向像方，凸方采用非球面；第四鏡片E4為正光焦度的彎 月形鏡片，凸方朝向物方，凸方采用非球面；第五鏡片 E5為正光焦度的彎月形鏡片，凸方朝 向像方。
[0032]并且上述五片鏡片的光學參數滿足以下關系式：
[0033] -〇· 4 < f/f < -〇· 2, | f21 > | |，-〇· 8 < f/f3 < -0· 6, f5 > f4。
[0034] 其中f為整個鏡頭的焦距，f\、f2、f3、f4、f5分別為每片鏡片的焦距。
[0035]整個紅外車載鏡頭的入射光闌位于第一鏡片的前方，并且在第二和第三鏡片之間 設置光闌STOP。
[0036] 并且該五片鏡片還滿足以下關系式：
[0037] 0 < drii/dt = dn4/dt < 5e~4,0 < dn2/dt < le~4,0 < dn3/dt < 5e~5,0 < dn5/dt < le_4。
[0038] 其中，cK/dt為第一鏡片El的折射率溫度系數；其中dn2/dt為第二鏡片E2的折 射率溫度系數；其中dn 3/dt為第三鏡片E3的折射率溫度系數；dn4/dt為第四鏡片E4的折 射率溫度系數；其中dn 5/dt為第五鏡片E5的折射率溫度系數。
[0039] 其中第一、四鏡片為鍺（Ge)材料，第三鏡片為硫化鋅（ZnS)材料，第二、五鏡片 為硫系玻璃材料 BD1 和 BD2,其中 BDl(Black Diamondl)和 K)2(Black Diamond2)為美國 LightPath公司銷售的兩種硫系玻璃，其組分分別為Ge33As12Se55和Ge 28Sb12Se6。。當然也可 以采用其他硫系玻璃材料。
[0040] 本實用新型采用不同外形的鏡片組合以及利用合理光焦度分配實現大孔徑， 大視場的成像功能，可以達到鏡頭的F數為1.2,對角視場2ω =45.2°，光學后焦距 (BFL) >20mm，在181p/mra的空間分辨率下，調制傳遞函數（MTF) 彡0. 6,接近衍射極限。各 鏡片的焦度關系合理限定在一定范圍，可以使得各鏡片形狀較為正常，減小鏡片制備難度， 并且可以各種光學像差達到平衡，實現接近衍射極限的成像質量，使光學性能更加優異。通 過選擇具備特定阿貝常數、特定dn/dt關系的硫系玻璃以及其它常規紅外材料組合，實現 了在8?12 μ m波長范圍內，在-40°C?60°C的溫度范圍內都實現接近衍射極限的成像質 量，達到系統消色差、消熱差的效果。
[0041] 優選地，各鏡片的光焦度如下：Φι = _0· 11763848 ;Φ2 = 0.02799205 ;φ3 =-0· 02768241 ;Φ4二0. 4051546 ;Φ5 = 0. 〇2〇34019。并且五片鏡片的折射率溫度系數 分別為 zdn/dt = 4. 1301e_4(即 dn/dt = 4. 1301X10-4)，dn2/dt = 7. 2561e_5，dn3/dt = 3. 8405e~5, dn4/dt = 4. 1301e~4, dn5/dt = 9. 0596e 5〇
[0042] 沿光軸從物方向著像方將各個部件的表面依次編號，第一鏡片El的鏡面分別為 S1、S2,第二鏡片E2的鏡面為S3、S4,光闌STOP,第三鏡片E3的鏡面為S5、S6,第四鏡片E4 的鏡面為S7、S8,第五鏡片E5的鏡面為S9、S10,像面為S1 3,并且在第五鏡片E5和像面S13 之間還設有一保護玻璃E6,該保護玻璃的兩個表面分別為S11和S12。表1列出的是具體 系統的鏡片相關參數，包含鏡片面的表面類型、曲率半徑，還有各鏡片的厚度、材料、鏡片半 徑以及圓錐系數。表2列出的是非球面鏡片的每個非球面的非球面系數。
[0043] 表 1 :
[0044] __
【權利要求】
1. 一種應用硫系玻璃的紅外車載鏡頭，包括沿光軸從物方到像方，依次設置的第一鏡 片（E1)、第二鏡片（E2)、第三鏡片（E3)、第四鏡片（E4)和第五鏡片（E5)，其特征在于：所述 第一鏡片（E1)為負光焦度的彎月形鏡片，所述第二鏡片（E2)為正光焦度的彎月形鏡片，所 述第三鏡片（E3)為負光焦度的彎月形鏡片，所述第四鏡片（E4)為正光焦度的彎月形鏡片， 所述第五鏡片（E5)為正光焦度的彎月形鏡片，并且在第二鏡片（E2)與第三鏡片（E3)之間 設置光闌（STOP)，所述第二鏡片（E2)和第五鏡片（E5)采用硫系玻璃材料制成。
2. 如權利要求1所述的紅外車載鏡頭，其特征在于：該第一鏡片（E1)的凹方朝向物 方，凹方采用非球面；第二鏡片（E2)的凸方朝向物方，凸方采用非球面；第三鏡片（E3)的 凸方朝向物方，凸方采用非球面；第四鏡片（E4)的凸方朝向物方，凸方采用非球面；第五鏡 片（E5)的凸方朝向像方。
3. 如權利要求2所述的紅外車載鏡頭，其特征在于：上述五片鏡片滿足以下條件： -〇. 4 < fjf < -〇. 2, I f21 > I f! I, 8 < f/f3 < -〇. 6, f5 > f4 ；0 < AnJdt = dn4/ dt < 5e 4,0 < dn2/dt < le 4,0 < dn3/dt < 5e 5,0 < dn5/dt < le 4 ;其中 f 為整個鏡頭的 焦距^^心心土乂分別為每片鏡片的焦距：仏/社為第一鏡片如彡的折射率溫度系數； dn2/dt為第二鏡片（E2)的折射率溫度系數；dn3/dt為第三鏡片（E3)的折射率溫度系數； dn4/dt為第四鏡片（E4)的折射率溫度系數；dn5/dt為第五鏡片（E5)的折射率溫度系數。
4. 如權利要求1所述的紅外車載鏡頭，其特征在于：所述第五鏡片（E5)與像平面之間 還設有保護玻璃。
【文檔編號】G02B13/18GK204086666SQ201420302989
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年6月9日 優先權日:2014年6月9日
【發明者】吳越豪, 姜波, 戴世勛, 張巍, 張培晴, 宋寶安, 王訓四 申請人:寧波大學