基于硫系玻璃的远红外镜头的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于硫系玻璃的远红外镜头，可用作车载夜视镜、夜视监控镜头等。从物方到像方依次包括光阑、第一新月形正透镜、第二新月形负透镜和第二新月形正透镜和像面，所述镜头的透镜材料均为红外硫系玻璃，可进行热模压成型，其第一新月形正透镜一为折衍混合透镜，朝像面一侧为非球面衍射面。光学镜头系统仅有三片透镜构成，结构简单，成本低廉。
【专利说明】基于硫系玻璃的远红外镜头 【【技术领域】】
[0001] 本实用新型涉及一种远红处镜头，特别涉及一种大视场的基于硫系玻璃的远红外 镜头。 【【背景技术】】
[0002] 目前所设计的红外镜头以近红外为主，需要主动发射红外光线来达到夜视监测的 效果，对被动式的基于硫系玻璃的远红外镜头设计涉及较少，如专利CN201010609811. 3实 用新型了激光夜视仪用近红外镜头，针对近红外波段夜视成像；专利CN201110173404. 7和 专利CN00208521. 6实用新型的也都是近红外镜头，采用镜头主动近红外光照射物体进行 夜视成像。少数设计的基于硫系玻璃的远红外镜头视场角较小，扩大视场角的同时会降低 镜头的分辨率，对比度变差，图像质量满足不了要求，如专利US6507432设计的三片式基于 硫系玻璃的远红外镜头（波长8 μ m-12 μ m)最大视场角为20. 8° ;再有，现有基于硫系玻 璃的远红外镜头的镜片材料绝大部分采用锗或硫化锌等晶体材料，如专利US6507432采用 单晶锗作为镜片材料，专利US7835071和专利US7911688设计的基于硫系玻璃的远红外镜 头主要采用硫化锌作为镜片材料，单晶锗是一种比较昂贵的晶体，而且只能通过车削加工 获得非球面和衍射面，镜头成本很高，镜片加工的效率非常低，批量制造的难度较大；而硫 化锌除了能直接车削加工外，可以采用硫化锌粉末直接高温加热压铸成型，但其成型的温 度超过1000°，工艺控制难度大，加工成本同样也很高。 【实用新型内容】
[0003] 为克服上述技术缺点，本实用新型提供一种可用于车载夜视镜、夜视监控镜头等 领域的基于硫系玻璃的远红外镜头。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：提供一种基于硫系玻璃的远红 外镜头，其特征在于：从物方到像方依次包括光阑、第一新月形正透镜、第二新月形负透镜 和第二新月形正透镜和像面。
[0005] 优选地，该第一新月形正透镜的凸面朝向物面，该第二新月形负透镜的凸面朝向 像面，且该第二新月形正透镜凸面朝向物面。
[0006] 选选地，该基于硫系玻璃的远红外镜头透过光线的波长范围在8-12 μ m。
[0007] 优选地，该基于硫系玻璃的远红外镜头的总长<50mm，f数为0. 8,视场角>20°。
[0008] 优选地，该基于硫系玻璃的远红外镜头的该第一新月形正透镜包括第一透镜表面 S2与第二透镜表面S3,该第二新月形负透镜包括第三透镜表面S4与第四透镜表面S5,该第 二新月形正透镜包括第五透镜表面S6与第六透镜表面S7,其中透镜表面S2、S4、S5、S6和 S7为球面，透镜表面S3为非球面。
[0009] 优选地，该基于硫系玻璃的远红外镜头的成像分辨率为320X240像素。
[0010] 本实用新型基于硫系玻璃的远红外镜头采用三片式折衍混合光学系统，简化镜头 结构；系统具有较大的视场角，可夜视监测的范围更大，采用较小的f数设计，增大镜头的 通光孔径，使得夜视场景更加清晰明亮，极大地提高了镜头的夜晚观测能力；同时，镜片材 料采用可大批量快速模压成型的硫系玻璃，其模压温度仅三百度左右（略高于硫系玻璃转 化温度Tg)，大大降低了镜头的制造成本。 【【专利附图】
【附图说明】】
[0011] 图1为本实用新型基于硫系玻璃的远红外镜头的光学结构图。
[0012] 图2为本实用新型基于硫系玻璃的远红外镜头的光线像差曲线。
[0013] 图3为本实用新型基于硫系玻璃的远红外镜头的纵向球差、像散和畸变曲线。
[0014] 图4为本实用新型基于硫系玻璃的远红外镜头的MTF曲线。 【【具体实施方式】】
[0015] 如图1所示，本实用新型基于硫系玻璃的远红外镜头包括如下组件，其由物体发 出的红外光线依次经过光阑1、新月形正透镜2,其凸面朝向物面、新月形负透镜3,其凸面 朝向像面，和新月形正透镜4,其凸面朝向物面，最后在像面5成像。该光阑1包括一入光口 S1，该新月形正透镜2包括第一透镜表面S2与第二透镜表面S3,该新月形负透镜3包括第 三透镜表面S4与第四透镜表面S5,该新月形正透镜4包括第五透镜表面S6与第六透镜表 面S7,透镜表面S2、S4、S5、S6和S7为球面，透镜表面S3为非球面，圆锥系数为-1. 325,并 在非球面设置具有一级衍射级次的相位多项式型Kinoform二元光学面；透镜的材料采用 肖特公司的硫系玻璃'IG3'，可在不超过300°的条件下进行热模压成型，大大降低镜头成 本。考虑热影响，透镜2设计为正光焦度，透镜3设计为负光焦度。
[0016] 所述镜头中透镜2, 3,4可镀增透膜，镜头总长不超过50mm，为提高通光量，f数设 计为小于1，此镜头实例中f数为0. 8,总长与焦距之比小于2,视场角为23°，镜头的分辨 率可达320X240像素，采用的C⑶红外传感器像元大小为25 μ m，对角线长10mm。
[0017] 表1和表2列出的是镜头2, 3,4的镜片相关参数，包括镜片面的表面类型、曲率半 径，镜片厚度、材料、有效孔径和圆锥系数以及衍射系数。
[0018] 图2至图4为所述基于硫系玻璃的远红外镜头相应的光学性能曲线图。图2至图 4分别表征了本实用新型的基于硫系玻璃的远红外镜头的光线像差曲线、像散、畸变、纵向 球差和调制传递函数MTF值，可以看出，本实用新型的基于硫系玻璃的远红外镜头畸变非 常小，小于2 %，光线像差小于25 μ m，所有视场角的MTF均大于0. 5，在最大视场角处相对光 照度为97. 3%，成像品质很好。
[0019] 表一
[0020] 面序号 表面类型 曲率半径 厚度（mm) 材料 有效孔径 圆锥系数 (mm) (mm) 物面 球面 无穷 无穷 si 球面 无穷 0 14.75 s2 球面 35.4518 18 'IG3' 15.4733 s3 非球面 40.1788 11.3091 11,6223 -1.325 s4 球面 -20.7084 7.6836 'IG3' 11.3862 s5 球面 -23.5888 1 13.9357 s6 球面 20.0041 8.4889 'IG3 7 12.2826 s7 球面 26.1415 6.4826 9.1237 s8 球面 无穷 0 4.7519
[0021] 表二
[0022] 面序号 A4 A6 A8 A10 衍射级次 参考波长 Kinoform相位 多项式系数C1 8.027e-6 -5.408e-9 1.855e-10 -3.314e-13 1 lOOOOnm -0,0005306
[0023] 本实用新型基于硫系玻璃的远红外镜头采用三片式折衍混合光学系统，简化镜头 结构；系统具有较大的视场角，可夜视监测的范围更大，采用较小的f数设计，增大镜头的 通光孔径，使得夜视场景更加清晰明亮，极大地提高了镜头的夜晚观测能力；同时，镜片材 料采用可大批量快速模压成型的硫系玻璃，其模压温度仅三百度左右（略高于硫系玻璃转 化温度Tg)，大大降低了镜头的制造成本。
【权利要求】
1. 一种基于硫系玻璃的远红外镜头，其特征在于：从物方到像方依次包括光阑、第一 新月形正透镜、第二新月形负透镜和第二新月形正透镜和像面。
2. 根据权利要求1所述的基于硫系玻璃的远红外镜头，其特征在于：该第一新月形正 透镜的凸面朝向物面，该第二新月形负透镜的凸面朝向像面，且该第二新月形正透镜凸面 朝向物面。
3. 根据权利要求1所述的基于硫系玻璃的远红外镜头，其特征在于：该基于硫系玻璃 的远红外镜头透过光线的波长范围在8-12 μ m。
4. 根据权利要求1所述的基于硫系玻璃的远红外镜头，其特征在于：该基于硫系玻璃 的远红外镜头的总长<50mm，f数为0. 8,视场角>20°。
5. 根据权利要求1所述的基于硫系玻璃的远红外镜头，其特征在于：该基于硫系玻璃 的远红外镜头的该第一新月形正透镜包括第一透镜表面S2与第二透镜表面S3,该第二新 月形负透镜包括第三透镜表面S4与第四透镜表面S5,该第二新月形正透镜包括第五透镜 表面S6与第六透镜表面S7,其中透镜表面S2、S4、S5、S6和S7为球面，透镜表面S3为非球 面。
6. 根据权利要求1所述的基于硫系玻璃的远红外镜头，其特征在于：该基于硫系玻璃 的远红外镜头的成像分辨率为320X240像素。
【文档编号】G02B13/06GK203870316SQ201420011618
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2013年1月8日
【发明者】朱勇建, 潘卫清 申请人:浙江科技学院