本实用新型涉及一种大幅面长波红外光学被动消热差鱼眼镜头，属于被动消热差鱼眼镜头领域。
背景技术：
：长波红外鱼眼镜头是一种视场角能达到180度以上的特殊镜头，在森林防火监视、公安、边防警戒等方面具有重要作用，在这些特殊场合温度变化范围大，导致光学系统靶面随温度偏移像质下降，有必要对光学系统采用消热差设计；CN106547074A公布了一种五片式红外鱼眼镜头；CN204462517U公布了一种三片式150度鱼眼长波红外镜头，以上两者都没有涉及光学被动消热差技术；现有技术中公布的消热差镜头视场角较小或机芯靶面小，如：CN103852863A公布的视场角约为35°；CN103995344A公布的视场角约为15.24°x11.46°；CN106405800A公布的探测器：长波红外非制冷型160*120,25um，视场角43°x32°。CN201096959Y公布的广角光学被动消热差红外光学镜头以及2014年10月份付跃刚等人在《红外与激光工程》Vol.43No.10上发表的《双波段消热差红外鱼眼光学系统设计》均针对制冷型机芯设计，为保证100％冷光阑效率，将系统的孔径光阑与机芯的冷屏重合。随着技术的不断进步，非制冷长波红外机芯朝大靶面高像素发展，同时随着视场角及相对孔径的增大，大视场与小视场光路轨迹差异较大，导致大靶面长波红外鱼眼镜头光学被动消热差难度较大，付跃刚等人《双波段消热差红外鱼眼光学系统设计》所公布系统的F数(焦距/系统孔径)为2.68，使用了7片透镜，像质评价一般。技术实现要素：为了解决现有技术中消热差镜头视场角较小或机芯靶面小等缺陷，本实用新型提供一种大幅面长波红外光学被动消热差鱼眼镜头，是一种适用于640x480红外机芯的大幅面长波红外光学被动消热差鱼眼镜头，本申请给出了一种大靶面长波红外鱼眼镜头光学被动消热差解决方案，适用于森林防火监视、公安、边防警戒等温度变化范围较大的场合。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：一种大幅面长波红外光学被动消热差鱼眼镜头，包括从物侧到靶面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；其中，第一透镜为凸面朝向物侧的负光焦度透镜；第二透镜为凸面朝向物侧的正光焦度透镜；第三透镜为凸面朝向物侧的负光焦度透镜；第四透镜为凸面朝向物侧的正光焦度透镜。上述大幅面长波红外光学被动消热差鱼眼镜有效解决了现有技术中消热差镜头视场角较小或机芯靶面小等缺陷。进一步的，红外鱼眼镜头焦距f’较短，为保证后工作距离BFL，本申请采用反摄远结构，满足：BFL/f’>1.4；-3<f1’/f’<0；2<f2’/f’<4；其中，f1’是第一透镜的焦距；f2’是第二、三、四透镜的组合焦距；f’是镜头组合焦距；BFL是后工作距离。后工作距大于焦距的光学系统称为反摄远型结构。进一步的，为校正像差及消除温度变化的影响，采用锗与硫系玻璃材料配合，第一透镜采用高折射率锗玻璃，有利于校正像差，同时方便在前表面镀硬碳膜；第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用具有较低折射率温度变化系数dn/dT的硫系玻璃，用于消除温度变化对像质的不利影响。进一步，大幅面长波红外光学被动消热差鱼眼镜头适用的工作波段为8-12um。光学系统的F数等于1.0(F/#＝1.0)，F/#＝f’/D,其中f’为系统焦距，D为系统孔径光阑直径，F数越小系统通光量越大。对角线视场角不小于180°，温度变化范围-40°～+60°。上述镜头从物方到像方，第一透镜L1的两面依次为物侧面S1和像侧面S2；第二透镜L2的两面依次为物侧面S3和像侧面S4；第三透镜L3的两面依次为物侧面S5和像侧面S6；第四透镜L4的两面依次为物侧面S7和像侧面S8；物侧面S1为球面，像侧面S2为非球面；物侧面S3为非球面，像侧面S4为衍射面；物侧面S5为非球面，像侧面S6为非球面；物侧面S7为非球面，像侧面S8为非球面。为了进一步保证视场角，及消热差效果，优选，物侧面S1的曲率半径为61.43mm或36.24mm，像侧面S2的曲率半径为24.01mm或19.38mm；物侧面S3的曲率半径为29.89mm或25.94mm，像侧面S4的曲率半径为1537.76mm或53.75mm；物侧面S5的曲率半径为-326.32mm或37.32mm，像侧面S6的曲率半径为37.17mm或40.22mm；物侧面S7的曲率半径为27.69mm或50.08mm，像侧面S8的曲率半径为82.02mm或65.38mm。为了进一步保证视场角，优选，物侧面S1的外径为42mm或52mm，像侧面S2的外径为30mm或38mm；物侧面S3的外径为30mm或30mm，像侧面S4的外径为30mm或27mm；物侧面S5的外径为22mm或22mm，像侧面S6的外径为19mm或21mm；物侧面S7的外径为19mm或23mm，像侧面S8的外半径为22mm或23mm。各透镜各侧面的外径指各透镜的外圆(圆的边沿)直径。为了进一步保证成像效果，优选，第一透镜的中心厚度为5mm或2.5mm，第二透镜的中心厚度为8mm，第三透镜的中心厚度为2.5mm，第四透镜的中心厚度为3.7mm或5.3mm；第一透镜和第二透镜之间的间隔为44.2mm或54.3mm；第二透镜和第三透镜之间的间隔为7.5mm或14.5mm；第三透镜和第四透镜之间的间隔为5mm或1.7mm。上述间隔指相邻两透镜的相邻两面的中心间的间距。本实用新型未提及的技术均参照现有技术。本实用新型与现有技术相比，具备以下优势：1.采用光学被动消热差技术，系统F数等于1.0，通光量大；对角线视场角可以达到180°，温度变化范围-40°～+60°，适用于森林防火监视、公安、边防警戒等温度变化范围较大的场合，可靠性高；2.成像幅面大，可用于非制冷型640机芯，光学系统通光量大；3.进一步，第一片采用锗，方便镀硬碳膜；后三片使用硫系玻璃，在材料成本上具有明显的优势，大批量生产时可以进行精密模压，可降低加工成本，市场前景广阔。附图说明图1是具体实施例1长波红外消热差鱼眼镜头的结构示意图；图2是具体实施例1在20°的MTF曲线图；图3是具体实施例1在-40°的MTF曲线图；图4是具体实施例1在60°的MTF曲线图；图5是具体实施例1在20°的场曲及畸变图；图6是具体实施例2长波红外消热差鱼眼镜头的结构示意图；图7是具体实施例2在20°的MTF曲线图；图8是具体实施例2在-40°的MTF曲线图；图9是具体实施例2在60°的MTF曲线图；图10是具体实施例2在20°的场曲及畸变图；具体实施方式为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1实施例1适用波段8-12um，F数1.0，对角线视场角180°如图1所示的大幅面长波红外消热差鱼眼镜头，沿光轴OO’从物到像方依次排列：具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、具有负光焦度的第三透镜L3、具有正光焦度的第四透镜L4以及成像面S9。从物方到像方，第一透镜L1的两面为物侧面S1、像侧面S2；第二透镜L2的两面为物侧面S3、像侧面S4；第三透镜L3的两面为物侧面S5、像侧面S6；第四透镜L4两面为物侧面S7、像侧面S8；第一透镜L1采用锗，锗的折射率高达4.0，有助于像差校正，工艺上方便镀硬碳膜；第二、三、四透镜使用硫系玻璃，硫系玻璃折射率随温度变化系数dn/dT较小，在光学系统中采用硫系玻璃加上合理的光焦度分配可以实现良好的消热差功能。在材料成本上具有明显的优势，大批量生产时可以进行精密模压，可降低加工成本，市场前景广阔。上述光学系统焦距f’较短，采用反摄远结构来保证后工作距离BFL，需满足BFL/f’>1.4；-3<f1’/f’<0；2<f2’/f’<4其中，f1’是第一透镜的焦距；f2’为第二、三、四透镜的组合焦距；f’是镜头组合焦距；图2至图4为上述光学系统在温度-40°、+20°、+60°光学传递函数曲线图，代表光学系统随温度变化的综合解像水平，配合640x48017μm(像素尺寸)探测器要求达到30线对分辨率；由图可知该长波红外光学系统已将各种像差补正，足以满足光学被动消热差要求。图5为该实施例的场曲与畸变图，场曲小于0.05mm，畸变100％。表1实施例1的具体参数上表中的镜面序号与图1中的镜面序号相对应；S1对应的间距指透镜L1的中心厚度，S2对应的间距指S2的中心与S3的中心之间的间距，S3对应的间距指L2的中心厚度，S4对应的间距指S4的中心与S5的中心之间的间距，S5对应的间距指L3的中心厚度，S6对应的间距指S6的中心与S7的中心之间的间距，S7对应的间距指L4的中心厚度，S8对应的间距指S8的中心与S9的中心之间的间距；外径指各镜面的外圆直径；表1中采用的非球面方程：其中各量的含义如下：ZA：非球面沿光轴方向的透镜矢高；R：表面与光轴OO’交点处的曲率半径；Y：透镜垂直于光轴方向的半口径；k：圆锥系数；A、B、C、D、E面系数；具体系数见表2表2实施例1非球面系数非球面KABCDES206.1524E-061.4483E-084.0109E-11-1.0301E-140.0000E+00S30-3.0638E-06-3.1206E-09-1.4950E-112.3336E-14-7.2790E-17S406.0031E-06-3.1708E-083.0993E-12-4.1018E-141.0558E-16S503.5979E-055.7854E-07-1.7845E-094.2412E-126.2941E-15S60-2.1740E-073.7535E-07-1.6010E-094.7633E-12-2.3518E-14S70-1.7351E-05-2.1554E-07-3.4582E-09-4.5131E-114.0909E-15S80-2.3900E-07-5.9903E-07-4.4707E-094.1554E-111.7745E-15表3为实施例1的衍射面系数表1所采用的衍射面方程为：Φ＝A1Y2+A2Y4+A3Y6其中：Φ：为衍射面的位相；Y：透镜垂直于光轴方向的半口径；A1、A2、A3衍射面位相系数。实施例2如图6所示，与实施例1基本相同，所不同的是：当视场角进一步增大时，增加第一透镜L1的曲率，本实施例对角线视场角可以达到184°，波段8-12um，F数1.0。表4实施例2的具体参数上表中的镜面序号与图6中的镜面序号相对应；S1对应的间距指透镜L1的中心厚度，S2对应的间距指S2的中心与S3的中心之间的间距，S3对应的间距指L2的中心厚度，S4对应的间距指S4的中心与S5的中心之间的间距，S5对应的间距指L3的中心厚度，S6对应的间距指S6的中心与S7的中心之间的间距，S7对应的间距指L4的中心厚度，S8对应的间距指S8的中心与S9的中心之间的间距；外径指各镜面的外圆直径；表4中采用的非球面方程：其中各量的含义如下：ZA：非球面沿光轴方向的透镜矢高；R：表面与光轴OO’交点处的曲率半径；Y：透镜垂直于光轴方向的半口径；k：圆锥系数；A、B、C、D、E面系数；具体系数见表5表5非球面KABCDES20-7.5441E-077.2758E-08-3.0958E-102.8644E-13-3.7771E-16S303.2900E-06-6.6684E-11-3.5349E-115.2302E-13-7.7637E-16S402.5551E-06-5.0328E-086.7899E-12-3.7085E-15-1.0221E-15S50-1.0902E-05-5.1116E-07-1.0263E-092.3462E-11-9.0051E-14S60-8.5944E-07-6.7085E-071.7643E-09-4.4825E-129.2697E-14S704.7857E-05-1.1506E-07-1.2690E-09-6.1174E-125.2086E-17S80-6.3695E-06-4.5595E-08-4.2723E-091.4049E-111.6082E-16表4具体实施例二使用衍射面系数见表6表6为实施例2的衍射面系数实施例2所采用的衍射面方程为：Φ＝A1Y2+A2Y4+A3Y6其中：Φ：为衍射面的位相；Y：透镜垂直于光轴方向的半口径；A1、A2、A3衍射面位相系数。图7至图8为实施例2光学系统在温度-40°、+20°、+60°光学传递函数曲线图，代表光学系统随温度变化的综合解像水平，配合640x48017μm探测器要求达到30线对分辨率；由图可知该长波红外光学系统已将各种像差补正，足以满足光学被动消热差要求。图10为该实施例的场曲与畸变图，场曲小于0.1mm，畸变100％。当前第1页1 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