大光圈长波长红外线热成像镜头的制作方法

本实用新型涉及一种镜头，尤指一种能于极低亮度、雨天及烟雾弥漫等恶劣环境下使用的大光圈长波长红外线热成像镜头。

背景技术：

由于科技的进步，工商发达，人类活动的时间已不再局限在白天，而人眼视网膜受限于先天性的限制，只能感测到可见光波长，因此大部分的光学镜头被设计用于白天的环境，对于夜间观测需使用外部灯光的照明。在极低亮度或不能有光的环境下一般的可见光光学镜头则无用武之地，因此需借助红外线热成像镜头取像。

然而一般可见光光学镜头的设计常使用高低折射率及色散率不等的玻璃材料来搭配设计，材料选择具多样性；而红外线热成像镜头的材料选择稀少，受到非常大的局限性，其消色差设计使用材料搭配变得非常不容易，尤其是在大光圈的条件下更是如此，因此需使用绕射组件的结构来完成。

镜头的光圈越大，焦距越大，相对像差也越大，镜片尺寸也越大，单纯使用球面将使镜头的结构变的庞大复杂，成本升高，因此适度引进非球面将有助于减少镜片数目，降低制造成本，减轻镜头重量。

综上所述，如何减轻重量，缩小尺寸，降低成本，将是大光圈长波长红外线热成像镜头设计所追求的目标。

技术实现要素：

为了改良极低亮度或不能有光的环境下可见光光学镜头无法成像的缺点，本实用新型提供一种光学成像镜头，其多个透镜的光学屈光率的安排，使用非球面及绕射面，克服材料选择稀少困难，能缩短镜头间距及平衡各种像差，达到大光圈长波长红外线热成像镜头的成像质量需求，使消费者能在极低亮度、雨天、烟雾弥漫等恶劣环境下使用。

本实用新型解决技术问题所提出的大光圈长波长红外线热成像镜头，其包括：

以红外线玻璃材料制成的一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜，以及一光圈；该第二透镜靠近光圈，该第一透镜、该第二透镜、该光圈、该第三透镜、该第四透镜及该第五透镜沿着一光轴而依序地由物侧朝向像侧排列；

该第一透镜具有正光学屈光率，凸状的一第一物侧表面及凹状的一第一像侧表面，该第一物侧表面具有非球面绕射结构；

该光圈设于第二透镜边缘，该第二透镜具有负光学屈光率，凸状的一第二物侧表面及凹状的一第二像侧表面，该第二像侧表面具有非球面绕射结构；该第三透镜具有正光学屈光率，凸状的一第三物侧表面及凹状的一第三像侧表面；

该第四透镜具有正光学屈光率，凸状的一第四物侧表面及凹状的一第四像侧表面，该第四物侧表面具有非球面结构；以及

该第五透镜具有负光学屈光率，凸状的一第五物侧表面及凹状的一第五像侧表面，该第五像侧表面具有非球面绕射结构。

较佳的，所述的第一透镜具有一第一折射率及一第一像侧表面半径值，该第一折射率除以所述的第一像侧表面半径值所得到的比值小于等于0.05。

较佳的，所述的第一透镜具有一第一折射率，该第一折射率小于等于5大于等于2，所述的第二透镜至所述的第五透镜，分别具有一折射率，各透镜的折射率小于等于5，且各透镜的折射率大于等于2。

较佳的，所述的第一透镜具有一第一色散系数，该第一色散系数小于等于520且大于等于12，所述的第二透镜至所述的第五透镜，分别具有一色散系数，各透镜的色散系数大于等于12，且各透镜的色散系数小于等于520。

较佳的，其具有一整体的有效焦距f，所述的第一透镜具有一第一透镜焦距f1，该大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：0.66<|f/f1|<1.2。

较佳的，所述的第一透镜与所述的第二透镜具有一综合焦距f12，所述的第三透镜、所述的第四透镜与所述的第五透镜具有一综合焦距f345，该大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：0.49<|f/f12|<0.59；0.55<|f/f345|<1.1。

较佳的，所述的第一透镜具有一像侧曲率半镜r12与所述的第二透镜具有一物侧曲率半镜r21，该大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：0.85<|r12/r21|<1.1。

较佳的，所述的第二透镜与所述的第三透镜，与所述的光轴处相隔一距离t23，所述的第三透镜与所述的第四透镜，与所述的光轴处相隔一距离t34，所述的第四透镜与所述的第五透镜，与所述的光轴处相隔一距离t45，所述的第一物侧表面与第五像侧表面间相隔一段距离t15，该大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：0.61<(t23+t34+t45)/t15<0.72。

较佳的，所述的第一物侧表面的弦距与光线对于该第一物侧表面的相位附加量的计算公式分别如公式及公式该大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：0<|k|<2，0<|α1+α2+α3+α4+α5+α6+α7+α8|<1及1<|a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8|/10⁶<3。

较佳的，所述的第二像侧表面的弦距与光线对于该第二像侧表面的相位附加量的计算公式分别如公式及公式该大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：0<|k|<2，0<|α1+α2+α3+α4+α5+α6+α7+α8|<1及1<|a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8|/10⁷<5。

较佳的，所述的第四物侧表面的弦距的计算公式如公式该大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：0<|k|<2及0<|α1+α2+α3+α4+α5+α6+α7+α8|<1。

较佳的，所述的第五像侧表面的弦距与光线对于该第五像侧表面的相位附加量的计算公式分别如公式及公式该大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：0<|k|<2，0<|α1+α2+α3+α4+α5+α6+α7+α8|<1及1<|a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8|/10⁹<10。

本实用新型的技术手段可获得的功效增进在于：本实用新型通过以红外线玻璃材料制成的多个透镜的光学屈光率的安排，使用非球面及绕射面，克服材料选择稀少困难，能缩短镜头间距及平衡各种像差，达到大光圈长波长红外线热成像镜头的成像质量需求，使消费者能在极低亮度、雨天、烟雾弥漫等恶劣环境下使用。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例的侧视的镜片配置示意图。

图2是本实用新型较佳实施例的侧视的光路径示意图。

图3是本实用新型较佳实施例的球面色像差示意图。

图4是本实用新型较佳实施例的像散曲线图。

图5是本实用新型较佳实施例的光学畸变曲线图。

图6a至6c是本实用新型较佳实施例的光学调制函数图。

具体实施方式

以下配合图式及本实用新型的较佳实施例，进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段。

如图1及图2所示，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头包括有一第一透镜10、一第二透镜20、一光圈a、一第三透镜30、一第四透镜40、一第五透镜50及一成像面i；其中，该第一至第五透镜10～50以红外线玻璃材料制成，该第二透镜20靠近该光圈a，该第一透镜10、该第二透镜20、该光圈a、该第三透镜30、该第四透镜40及该第五透镜50沿着一光轴x而依序地由物侧朝向像侧排列。

如图1及图2所示，该第一透镜10具有正光学屈光率，凸状的一第一物侧表面11及凹状的一第一像侧表面12，该第一物侧表面11具有非球面绕射结构；

如图1及图2所示，该光圈a设于第二透镜20边缘，该第二透镜20具有负光学屈光率，凸状的一第二物侧表面21及凹状的一第二像侧表面22，该第二像侧表面22具有非球面绕射结构；

如图1及图2所示，该第三透镜30具有正光学屈光率，凸状的一第三物侧表面31及凹状的一第三像侧表面32；

如图1及图2所示，该第四透镜40具有正光学屈光率，凸状的一第四物侧表面41及凹状的一第四像侧表面42，该第四物侧表面41具有非球面结构；以及

如图1及图2所示，该第五透镜50具有负光学屈光率，凸状的一第五物侧表面51及凹状的一第五像侧表面52，该第五像侧表面52具有非球面绕射结构。

如图1及图2所示，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头，其中所述的第一透镜10具有一第一折射率及一第一像侧表面半径值，该第一折射率除以所述的第一像侧表面半径值所得到的比值小于等于0.05。

如图1及图2所示，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头，其中所述的第一透镜10具有一第一折射率，该第一折射率小于等于5大于等于2，所述的第二透镜20至所述的第五透镜50，分别具有一折射率，各透镜20～50的折射率小于等于5，且各透镜20～50的折射率大于等于2。

如图1及图2所示，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头，其中所述的第一透镜10具有一第一色散系数，该第一色散系数小于等于520且大于等于12，所述的第二透镜20至所述的第五透镜50，分别具有一色散系数，各透镜20～50的色散系数大于等于12，且各透镜20～50的色散系数小于等于520。

此外，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头，其具有一整体的有效焦距f，所述的第一透镜10具有一第一透镜焦距f1，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头满足0.66<|f/f1|<1.2的条件。

如图1及图2所示，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头，其中所述的第一透镜10与所述的第二透镜20具有一综合焦距f12，所述的第三透镜30、所述的第四透镜40与所述的第五透镜50具有一综合焦距f345，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：0.49<|f/f12|<0.59；0.55<|f/f345|<1.1。

如图1及图2所示，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头，其中所述的第一透镜10具有一像侧曲率半镜r12与所述的第二透镜20具有一物侧曲率半镜r21，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：0.85<|r12/r21|<1.1。

如图1及图2所示，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头，其中所述的第二透镜20与所述的第三透镜30，于所述的光轴x处相隔一距离t23，所述的第三透镜30与所述的第四透镜40，于所述的光轴x处相隔一距离t34，所述的第四透镜40与所述的第五透镜50，于所述的光轴处相隔一距离t45，所述的第一物侧表面11与该第五像侧表面52间相隔一段距离t15，本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：0.61<(t23+t34+t45)/t15<0.72。

本实用新型的非球面计算公式如下：

其中：

z为非球面的弦距；

c为非球面曲率；

r为非球面任一点与光轴的距离；

k为非球面圆锥系数；

∝1、∝2、∝3、∝4、∝5、∝6、∝7、∝8为高偶次项r值的相对应系数。

本实用新型的绕射面计算公式如下：

为光线对于该镜面的相位附加量；

m为绕射级数；

n为多项式的项次数；

ρ为规一化孔径坐标值；

ai为偶次项ρ的相对应系数。

该第一透镜10的第一物侧表面11具有非球面绕射结构，其中该第一物侧表面11的弦距与光线对于该第一物侧表面11的相位附加量的计算公式分别如所述的公式(1)及所述的公式(2)；本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：

0<|k|<2，

0<|α1+α2+α3+α4+α5+α6+α7+α8|<1及

1<|a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8|/10⁶<3。

该第二透镜20的第二像侧表面22具有非球面绕射结构，其中该第二像侧表面22的弦距与光线对于该第二像侧表面22的相位附加量的计算公式分别如所述的公式(1)及所述的公式(2)；本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：

0<|k|<2，

0<|α1+α2+α3+α4+α5+α6+α7+α8|<1及

1<|a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8|/10⁷<5。

该第四透镜40的该第四物侧表面41具有非球面结构，其中该第四物侧表面41的弦距的计算公式如所述的公式(1)；本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：

0<|k|<2及0<|α1+α2+α3+α4+α5+α6+α7+α8|<1。

该第五透镜50的该第五像侧表面52具有非球面绕射结构，其中该第五像侧表面52的弦距与光线对于该第五像侧表面52的相位附加量的计算公式分别如所述的公式(1)及所述的公式(2)；本实用新型的大光圈长波长红外线热成像镜头满足以下条件：

0<|k|<2，

0<|α1+α2+α3+α4+α5+α6+α7+α8|<1及

1<|a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8|/10⁹<10。

图3为与该光轴x相距不同距离的光线进入本实用新型的球面色像差曲线图，如图3所示，本实用新型的聚焦范围落在与焦点相距±0.2mm的范围内，由此可知本实用新型具有良好的球面色像差平衡表现；图4为光线入射角度为5.42度时的子午光线与弧矢光线像散曲线图，如图4所示，本实用新型将像散抑制在0至0.2mm之间，因此能得到较佳的成像质量；图5为光线入射角度为5.42度时，光线进入本实用新型的光学畸变图，如图5所示，本实用新型将畸变抑制在±0.5％，因此能有效控制成像变形的情况；图6a至图6c为光学调制函数图，如图6a至图6c所示，本实用新型在空间频率每毫米30线对时，其各视场角度的对比度均大于0.5以上，显示本实用新型具有良好的成像质量。

本实用新型的技述手段可获得的功效增进在于：本实用新型提供一种光学成像镜头，其多个以红外线玻璃材料制成透镜的光学屈光率的安排，使用非球面及绕射面，克服材料选择稀少困难，能缩短镜头间距及平衡各种像差，达到大光圈长波长红外线热成像镜头的成像质量需求，使消费者能在极低亮度、雨天、烟雾弥漫等恶劣环境下使用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。