一种自由曲面镜头的制作方法

本发明属于光学成像，具体涉及一种自由曲面镜头。

背景技术：

1、随着科学技术的发展与进步，用户对镜头的要求也越来越高，尤其是飞机摄录系统中的镜头，要求镜头不仅能实现高清晰成像，还要透镜数量少、体积小和质量轻。传统可供光学设计使用的球面以及非球面自由度小，且结构不灵活，难以实现上述设计要求。因此成像光学系统设计迫切需要使用新型复杂的自由曲面。

2、自由曲面一般是指非旋转对称的光学曲面，其与传统旋转对称的球面与非球面不同，其拥有多个设计自由度，在设计时能够有效降低镜头中的各种像差，提高成像质量，同时也能缩小透镜的尺寸，减少透镜的数量，实现镜头的轻量化、小型化和集成化。

3、公开号为cn113820836a，公开日为2021年12月21日的中国专利文献公开了一种广角自由曲面镜头。包括沿光轴从物面到像面依次排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜和第六透镜；第一透镜具有折射力，物侧表面为凸面；第二透镜具有折射力，物侧表面和像侧表面在不同方向上的曲率半径均不同；第三透镜具有负折射力；第四透镜具有正折射力；第五透镜具有正折射力；第六透镜具有负折射力，镜片的像侧表面在离轴范围至少具有一个反曲点；第一透镜到第六透镜中至少一片透镜为自由曲面透镜；镜头满足：hfov/vfov<0.6，其中，hfov为镜头在垂直方向上的视场角；vfov为镜头在水平方向上的视场角。该文献的镜头用于控制在不同方向上的拍摄范围，使其在水平方向上拍摄范围大，在垂直方向上拍摄范围小。但是该文献没有解决高清晰成像性能要求下需要更少透镜数量、更轻镜头的设计问题。

技术实现思路

1、本发明提供的一种自由曲面镜头目的是克服现有技术中高清晰成像性能要求下需要更少透镜数量、更轻镜头的问题。

2、为此，本发明提供了一种自由曲面镜头，包括沿光路走向和光轴依次排布的第一弯月凹透镜、第一双凸透镜、第二弯月凹透镜、光阑、第二双凸透镜、第三弯月凹透镜、第一弯月凸透镜和像面；所述第一弯月凹透镜的前表面和后表面均为球面；第一双凸透镜的前表面为自由曲面，第一双凸透镜的后表面为球面；第二弯月凹透镜的前表面和后表面均为球面；第二双凸透镜的前表面和后表面均为球面；第三弯月凹透镜的前表面和后表面均为球面；第一弯月凸透镜的前表面和后表面均为球面。

3、优选的，所述第一弯月凹透镜的材料采用光学玻璃h-qf3。

4、优选的，所述第一双凸透镜的材料采用光学树脂pmma。

5、优选的，所述第三弯月凹透镜的材料采用光学玻璃h-zf62。

6、优选的，所述第一弯月凸透镜的材料采用光学玻璃h-zlaf68。

7、优选的，所述第一弯月凹透镜和第一双凸透镜之间轴上距离为2.0-2.4mm；第一双凸透镜和第二弯月凹透镜之间轴上距离为0.3-0.7mm；第二弯月凹透镜和光阑之间轴上距离为1.4-1.8mm；光阑和第二双凸透镜之间轴上距离为0.3-0.7mm；第二双凸透镜和第三弯月凹透镜之间轴上距离为0.3-0.7mm；第三弯月凹透镜和第一弯月凸透镜之间轴上距离为0.8-1.2mm；像面距离第一弯月凸透镜后表面轴上距离为4.0-8.0mm。

8、优选的，所述第一弯月凹透镜的透镜厚度为1.0-1.4mm，第一双凸透镜的透镜厚度为2.0-4.0mm，第二弯月凹透镜的透镜厚度为2.3-2.7mm，所述第二双凸透镜的透镜厚度为1.8-2.2mm，第三弯月凹透镜的透镜厚度为1.0-1.4mm，所述第一弯月凸透镜的透镜厚度为1.6-2.0mm。

9、优选的，所述第一弯月凹透镜、第一双凸透镜、第二弯月凹透镜、光阑、第二双凸透镜、第三弯月凹透镜和第一弯月凸透镜的前表面和后表面均镀减反膜。

10、优选的，所述第一弯月凹透镜、第一双凸透镜、第二弯月凹透镜、第二双凸透镜、第三弯月凹透镜和第一弯月凸透镜的最大口径均小于11mm，所述光阑口径为3.4-3.8mm。

11、优选的，所述自由曲面的表达式为

12、

13、式中：z为矢高，c为顶点曲率，k为二次曲面系数，an为系数。

14、本发明的有益效果：

15、1、本发明提供的这种自由曲面镜头，包括沿光路走向和光轴依次排布的第一弯月凹透镜、第一双凸透镜、第二弯月凹透镜、光阑、第二双凸透镜、第三弯月凹透镜、第一弯月凸透镜和像面，即自由曲面镜头由单透镜组成，结构形式简单紧凑，装配调试简单，透镜数量少，具有体积小和质量轻的特征。

16、2、本发明提供的这种自由曲面镜头，第一双凸透镜的前表面为自由曲面，自由曲面是通过在二次曲面基底上添加x与y的各阶幂次项得到，为了简化设计，降低制造成本，多项式取到5阶幂级数，运用多项式自由曲面，可以优化多个设计参数，对于校正镜头的球差、像散和畸变等像差具有重要意义，同时也能缩短镜头的长度。

17、3、本发明提供的这种自由曲面镜头，通过在第一弯月凹透镜、第一双凸透镜、第二弯月凹透镜、光阑、第二双凸透镜、第三弯月凹透镜和第一弯月凸透镜的前表面和后表面均镀减反膜，使其在波长为400nm～700nm之间时，其反射率不大于0.5％。

技术特征：

1.一种自由曲面镜头，其特征在于：包括沿光路走向和光轴依次排布的第一弯月凹透镜(1)、第一双凸透镜(2)、第二弯月凹透镜(3)、光阑(4)、第二双凸透镜(5)、第三弯月凹透镜(6)、第一弯月凸透镜(7)和像面(8)；所述第一弯月凹透镜(1)的前表面和后表面均为球面；第一双凸透镜(2)的前表面为自由曲面，第一双凸透镜(2)的后表面为球面；第二弯月凹透镜(3)的前表面和后表面均为球面；第二双凸透镜(5)的前表面和后表面均为球面；第三弯月凹透镜(6)的前表面和后表面均为球面；第一弯月凸透镜(7)的前表面和后表面均为球面。

2.如权利要求1所述的自由曲面镜头，其特征在于：所述第一弯月凹透镜(1)的材料采用光学玻璃h-qf3。

3.如权利要求1所述的自由曲面镜头，其特征在于：所述第一双凸透镜(2)的材料采用光学树脂pmma。

4.如权利要求1所述的自由曲面镜头，其特征在于：所述第三弯月凹透镜(6)的材料采用光学玻璃h-zf62。

5.如权利要求1所述的自由曲面镜头，其特征在于：所述第一弯月凸透镜(7)的材料采用光学玻璃h-zlaf68。

6.如权利要求1所述的自由曲面镜头，其特征在于：所述第一弯月凹透镜(1)和第一双凸透镜(2)之间轴上距离为2.0-2.4mm；第一双凸透镜(2)和第二弯月凹透镜(3)之间轴上距离为0.3-0.7mm；第二弯月凹透镜(3)和光阑(4)之间轴上距离为1.4-1.8mm；光阑(4)和第二双凸透镜(5)之间轴上距离为0.3-0.7mm；第二双凸透镜(5)和第三弯月凹透镜(6)之间轴上距离为0.3-0.7mm；第三弯月凹透镜(6)和第一弯月凸透镜(7)之间轴上距离为0.8-1.2mm；像面(8)距离第一弯月凸透镜(7)后表面轴上距离为4.0-8.0mm。

7.如权利要求1所述的自由曲面镜头，其特征在于：所述第一弯月凹透镜(1)的透镜厚度为1.0-1.4mm，第一双凸透镜(2)的透镜厚度为2.0-4.0mm，第二弯月凹透镜(3)的透镜厚度为2.3-2.7mm，所述第二双凸透镜(5)的透镜厚度为1.8-2.2mm，第三弯月凹透镜(6)的透镜厚度为1.0-1.4mm，所述第一弯月凸透镜(7)的透镜厚度为1.6-2.0mm。

8.如权利要求1所述的自由曲面镜头，其特征在于：所述第一弯月凹透镜(1)、第一双凸透镜(2)、第二弯月凹透镜(3)、光阑(4)、第二双凸透镜(5)、第三弯月凹透镜(6)和第一弯月凸透镜(7)的前表面和后表面均镀减反膜。

9.如权利要求1所述的自由曲面镜头，其特征在于：所述第一弯月凹透镜(1)、第一双凸透镜(2)、第二弯月凹透镜(3)、第二双凸透镜(5)、第三弯月凹透镜(6)和第一弯月凸透镜(7)的最大口径均小于11mm，所述光阑(4)口径为3.4-3.8mm。

10.如权利要求1所述的自由曲面镜头，其特征在于：所述自由曲面的表达式为

技术总结
本发明属于光学成像技术领域，具体提供了一种自由曲面镜头，包括沿光路走向和光轴依次排布的第一弯月凹透镜、第一双凸透镜、第二弯月凹透镜、光阑、第二双凸透镜、第三弯月凹透镜、第一弯月凸透镜和像面；解决了现有高清晰成像性能要求下需要更少透镜数量、更轻镜头的问题的，具有透镜数量少，体积小、质量轻、结构形式简单紧凑、装配调试简单、全视场范围内畸变小的特点。

技术研发人员：孙帅帅,赵逢元,陈锡春,于斌,米国荣,王海瑞,黄丽琼,梁颖,马元锋,原莉梅
受保护的技术使用者：西安北方光电科技防务有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15