一种红外成像光学系统、镜头的制作方法

本发明涉及红外成像，特别是涉及一种红外成像光学系统、镜头。

背景技术：

1、红外热成像系统通过获取物体特定波段红外热辐射分布信息，并将其转换为人眼分辨的图像。该成像技术具有抗干扰能力强，可全天时工作等优势，广泛应用于工业、军事、医疗、环保等重要领域。

2、随着红外成像光学系统的发展，红外成像设备有向高分辨率，微型化，小型化的发展趋势，而传统的红外成像光学系统通常体积大，重量大，价格昂贵。在相关的红外成像技术中，长波红外广角镜头中的透镜均采用的是传统透镜，使得光学系统总长相对较长、光学系统整体体积较大，不利于小型化，且光学系统的重量较大、光学系统的成本较高。

3、由此可见，提供一种新的红外成像光学系统，以实现光学系统小型化、重量轻以及成本低是本领域人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种红外成像光学系统、镜头，以解决在光学系统中使用的透镜均为传统的透镜所导致的光学系统总长过长、体积过大、重量较大、成本较高的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种红外成像光学系统，包括：从物面至像面沿光轴方向依次放置的具有正光焦度的第一透镜、光阑、双面超透镜、具有正光焦度的第二透镜。

3、示例性地，所述光学系统满足以下表达式：

4、1.5<f1/f<5，

5、其中，f1为所述第一透镜的焦距；f为所述光学系统的焦距。

6、示例性地，所述光学系统满足以下表达式：

7、1<f2/f<1.5，

8、其中，f2为所述第二透镜的焦距；f为所述光学系统的焦距。

9、示例性地，所述第一透镜的第一表面和第二表面均为非球面，所述第二透镜的第一表面和第二表面均为非球面。

10、示例性地，所述第一透镜、所述第二透镜均为弯月形透镜，且所述第一透镜的材料、所述第二透镜的材料均为锗。

11、示例性地，所述双面超透镜包括第一超表面、衬底层和第二超表面；所述衬底层位于所述第一超表面和所述第二超表面之间；所述第一超表面的表面微结构单元、所述第二超表面的表面微结构单元按照六方晶格周期阵列排布。

12、示例性地，所述第一超表面的材料、所述衬底层的材料和所述第二超表面的材料均为硅。

13、示例性地，所述第一超表面的表面微结构单元、所述第二超表面的表面微结构单元为圆柱结构，且所述圆柱结构的直径为亚波长量级。

14、示例性地，所述第一超表面的表面微结构单元的高度、所述第二超表面的表面微结构单元的高度均为12μm。

15、为了解决上述技术问题，本发明还提供一种红外成像镜头，包括上述的红外成像光学系统。

16、本发明所提供的红外成像光学系统，包括：从物面至像面沿光轴方向依次放置的具有正光焦度的第一透镜、光阑、双面超透镜、具有正光焦度的第二透镜。当本发明提供的将超透镜与传统的折射透镜相结合组成折超混合光学系统中透镜的片数与单独由传统透镜组成的光学系统中透镜的片数相同时，即本发明中使用双面超透镜替代了部分传统的透镜，由于超透镜相比于传统透镜具有重量轻、成本低、体积小平面化的优势，因此，本发明提供的光学系统将超透镜与传统的折射透镜相结合组成折超混合光学系统，提升了整个光学系统的紧凑型，实现光学系统的小型化、降低了光学系统的重量以及成本；第一透镜和第二透镜均为正光焦度的透镜，使光学系统的主面位置更加靠前，降低了系统的光学总长，结构更加紧凑，进一步实现了光学系统的小型化；在光学系统中引入双面超透镜，使得可利用双面超透镜灵活的相位调控能力校正球差和轴外像差，使光学系统做到了1/0.96的大相对孔径、焦距为3.2mm、超过68°的大视场角，提高了8μm-12μm长波红外的分辨率，能够匹配256×192@12μm的非制冷长波红外探测器，即实现了大相对孔径、小焦距、广视场角、小的光学总长以及高像质的成像。综上，本发明提供的红外成像光学系统在保证像质的同时实现了光学系统的小型化以及有效降低了光学系统的重量和成本。

17、此外，本发明还提供一种红外成像镜头，与上述提到的红外成像光学系统具有相同或相对应的技术特征，效果同上。

技术特征：

1.一种红外成像光学系统，其特征在于，包括：从物面至像面(f)沿光轴方向依次放置的具有正光焦度的第一透镜(a)、光阑(b)、双面超透镜(c)、具有正光焦度的第二透镜(d)。

2.根据权利要求1所述的红外成像光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下表达式：

3.根据权利要求1所述的红外成像光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下表达式：

4.根据权利要求1至3任意一项所述的红外成像光学系统，其特征在于，所述第一透镜(a)的第一表面和第二表面均为非球面，所述第二透镜(d)的第一表面和第二表面均为非球面。

5.根据权利要求1所述的红外成像光学系统，其特征在于，所述第一透镜(a)、所述第二透镜(d)均为弯月形透镜，且所述第一透镜(a)的材料、所述第二透镜(d)的材料均为锗。

6.根据权利要求1所述的红外成像光学系统，其特征在于，所述双面超透镜(c)包括第一超表面(c1)、衬底层(c2)和第二超表面(c3)；所述衬底层(c2)位于所述第一超表面(c1)和所述第二超表面(c3)之间；所述第一超表面(c1)的表面微结构单元、所述第二超表面(c3)的表面微结构单元按照六方晶格周期阵列排布。

7.根据权利要求6所述的红外成像光学系统，其特征在于，所述第一超表面(c1)的材料、所述衬底层(c2)的材料和所述第二超表面(c3)的材料均为硅。

8.根据权利要求6所述的红外成像光学系统，其特征在于，所述第一超表面(c1)的表面微结构单元、所述第二超表面(c3)的表面微结构单元为圆柱结构，且所述圆柱结构的直径为亚波长量级。

9.根据权利要求6所述的红外成像光学系统，其特征在于，所述第一超表面(c1)的表面微结构单元的高度、所述第二超表面(c3)的表面微结构单元的高度均为12μm。

10.一种红外成像镜头，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的红外成像光学系统。

技术总结
本发明公开了一种红外成像光学系统、镜头，涉及红外成像技术领域。该光学系统中将超透镜与传统的折射透镜相结合组成折超混合光学系统，利用超透镜重量轻、成本低、体积小平面化的优势，实现光学系统的小型化、降低了光学系统的重量以及成本；在光学系统中引入双面超透镜，使得可利用双面超透镜灵活的相位调控能力有效校正像差，提高了光学系统的成像质量；第一透镜和第二透镜均为正光焦度的透镜，使光学系统的主面位置更加靠前，降低了系统的光学总长，结构更加紧凑，进一步实现了光学系统的小型化；且本发明提供的光学系统具有大相对孔径、小焦距、广视场角的特点。

技术研发人员：易飞,陈岩,李君宇,何新东,王鹏,王宏臣
受保护的技术使用者：烟台艾睿光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5