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1、(10)申请公布号 CN 103018884 A (43)申请公布日 2013.04.03 CN 103018884 A *CN103018884A* (21)申请号 201210580257.X (22)申请日 2012.12.26 G02B 13/14(2006.01) G02B 13/18(2006.01) G02B 13/06(2006.01) G02B 1/00(2006.01) G01J 5/02(2006.01) (71)申请人 宁波舜宇红外技术有限公司 地址 315400 浙江省宁波市余姚市舜宇路 66-68 号 (72)发明人 任和齐 朱春光 (74)专利代理机构 北京高文律。
2、师事务所 11359 代理人 徐江华 (54) 发明名称 一种长波红外光学系统 (57) 摘要 本发明提供一种长波红外光学系统， 沿光轴 从物方至像方依次设置有第一透镜、 第二透镜， 所 述第一透镜是凹面朝向物侧的具有正屈光力的弯 月形透镜， 所述第二透镜是凸面朝向物侧的具有 正屈光力的弯月形透镜， 所述长波红外光学系统 满足下列公式 ： -290。 7. 根据权利要求 1 所述的长波红外光学系统， 其特征在于 ： 所述第一透镜、 第二透镜采 用同一种透红外硫系玻璃材料。 8. 根据权利要求 4 所述的长波红外光学系统， 其特征在于 ： 所述衍射面之外的镜头镜 面为非球面。 9. 根据权利要求。
3、 4 所述的长波红外光学系统， 其特征在于 ： 所述衍射面满足下列表达 式 ： 其中 =r/r1， r1是衍射面归化半径， Ai是衍射面相位系数。 10. 根据权利要求 8 所述的长波红外光学系统， 其特征在于 ： 所述非球面满足下列表达 式 ： 式中， Z 为非球面沿光轴方向在高度为 Y 的位置时， 距非球面顶点的距离矢高 Sag， R 表 示镜面的近轴曲率半径， k 为圆锥系数 conic， A、 B、 C 为高次非球面系数。 权 利 要 求 书 CN 103018884 A 2 1/5 页 3 一种长波红外光学系统 技术领域 0001 本发明涉及一种长波红外光学系统， 尤其是适合于安防监。
4、控领域的新型低成本高 分辨率的长波红外广角镜头。 背景技术 0002 目前， 长波红外非制冷探测器技术越来越为成熟， 非制冷型探测器具有结构紧凑、 功耗小、 成本低等特点， 可广泛应用于森林防火、 道路监控， 机场监察等安防领域。 目前的非 制冷探测器像元数已从160120、 320240逐步过渡到640480， 像元尺寸规格也从25微 米开始向 17 微米过渡， 尤其在高端应用场合， 30 万象素的热成像仪已经开始普及。 0003 现有公开技术中， 长波红外广角镜头或者采用单片镜片方案， 但存在镜头分辨率 较低的问题。或者采用 3 片或者 3 片以上镜片方案， 材料一般采用单晶锗， 但该方案。
5、结构复 杂， 成本高。因此需要提供一种新的解决方案， 像质上需要满足新型的 640*48017m 非制 冷探测器应用要求， 成本上需要满足低廉的要求， 便于在安防监控领域的大规模推广。 发明内容 0004 针对传统上的长波红外广角镜头存在光学结构复杂， 成像分辨率低， 成本高等问 题。本发明提供了一种长波红外光学系统， 该光学系统采用 2 片透镜实现高分辨的成像品 质和超广的水平视场角。该光学系统采用全硫系玻璃材料， 利用硫系玻璃具有精密模压的 特点， 通过精密模压实现批量生产， 这样可以大幅度降低光学系统的成本。 0005 本发明解决上述技术问题的技术方案如下面所描述 ： 0006 一种长波。
6、红外光学系统， 沿光轴从物方至像方依次设置有光阑， 第一透镜， 第二个 透镜。所述第一透镜是凹面朝向物侧的具有正屈光力的弯月形透镜， 所述第二透镜是凸面 朝向物侧的具有正屈光力的弯月形透镜， 所述的第一透镜、 第二透镜采用同一种透红外硫 系玻璃材料。 0007 所述的第一透镜、 第二透镜， 满足下列公式 ： 0008 -290。 0024 所述第一透镜、 第二透镜采用同一种透红外硫系玻璃材料。 0025 所述衍射面之外的镜头镜面为非球面。 0026 所述衍射面满足下列表达式 ： 0027 0028 其中 =r/r1， r1是衍射面归化半径， Ai是衍射面相位系数。 0029 所述非球面满足下列。
7、表达式 ： 0030 0031 式中， Z为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时， 距非球面顶点的距离矢高Sag， R 表示镜面的近轴曲率半径， k 为圆锥系数 conic， A、 B、 C 为高次非球面系数。 0032 本发明与现有技术相比， 具有以下优势和有益效果 ： 0033 首先， 本发明通过采用二个透镜实现镜头的高分辨率和超广的水平视场角， 使得 系统的结构变得更为紧凑， 降低加工成本并且使得系统的装配变得更为简单 ； 本发明采用 全硫系玻璃材料， 利用硫系玻璃具有精密模压的特点， 通过精密模压实现批量生产， 这样可 以大幅度降低光学元件的加工成本， 进而使得光学系统的成本大幅度下降便。
8、于大范围推 广。实践证明， 该种技术方案具有较好的应用效果。 附图说明 0034 通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述， 本发明上述特征和优点将会变 得更加清楚和容易理解。 0035 图 1 是本发明所述的长波红外光学系统的具体实施例的结构示意图 ； 0036 图 2 是具体实施例的色差曲线图 （mm） ； 0037 图 3 是具体实施例的像散曲线图 （mm） ； 0038 图 4 是具体实施例的畸变曲线图 （%） ； 0039 图 5 是具体实施例的 MTF 曲线图 ； 具体实施方式 0040 图 1 是本发明所述的长波红外光学系统的结构示意图。 0041 如图所示， 该长波红外光学系。
9、统， 其沿光轴从物侧到像侧依次设置有 ： 系统光阑 St， 具有正屈光力的第一透镜 L1、 具有正屈光力的第二透镜 L2 以及成像面 100。入射光通 过系统光阑 St 从第一透镜 L1 进入， 通过第一透镜 L1 和第二透镜 L2 的会聚， 最后进入到成 像面 100 之中。 0042 其中， 该红外光学系统中第一透镜 L1 为凹面朝向物侧的正弯月透镜 ； 第二透镜 L2 说 明 书 CN 103018884 A 4 3/5 页 5 为凸面朝向物侧的正弯月透镜。第一透镜 L1 的凹面 R1 和 R2 面均为非球面， 第二透镜 L2 的凸面 R3 为衍射面， R4 为非球面。 0043 第一透。
10、镜 L1 和第二透镜 L2 均采用双非球面， 如此配置能够以最少的镜片数量达 到令人满足的光学特性和较宽的水平视场角。第二透镜 L2 的凸面 R3 为衍射面， 衍射面具 有消色差的功能， 采用衍射面技术将有效补偿光学系统中的色差。 0044 第一透镜 L1 和第二透镜 L2 均采用硫系玻璃， 硫系玻璃在 3-12m 具有良好的透 过率， 透明区域覆盖三个大气窗口。硫系玻璃折射率随温度变化系数 dn/dT 较小， 全硫系玻 璃镜头本身具有一定的无热化特性。 在加工方式上硫系玻璃除了具有可抛光， 可车削， 最大 特性还可以高精度模压， 在批量生产时具有极大地成本优势。 0045 本光学系统在设计时。
11、， 为达到 640*48017 微米探测器的高分率像质要求， 镜头光 阑放置在第一透镜 L1 的前端。所述第一透镜 L1 的凹面近似曲率半径与光学系统焦需要满 足下列公式 ： 0046 -0.5f*(n-1)/(FNO*R1)-2 0047 其中， f 为整个光学系统的焦距 ； 0048 n 为第一透镜 L1 材料的中心波长折射率 ； 0049 FNO 为光学系统的 F 数 ； 0050 R1 为第一透镜 L1 的凹面近似曲率半径 ； 0051 第一透镜 L1 和第二透镜 L2 的焦距为 f1、 f2， 光学系统的焦距为 f， 为了达到优良 的光学特性， 第一透镜 L1 和第二透镜 L2 的光。
12、焦度分配需要满足以下关系 ： 1f1/f 2， 3f2/f 6。 0052 在本实施例中， 该光学系统的焦距 f 9mm， 光圈数 FNO=1.2， 最大视场角 2=97。 第一透镜L1的凹面近似曲率半径R1=-8.45， 第一透镜L1的焦距f113.97mm， 第二透镜 L2 的焦距为 f2=37.36mm。 0053 f*(n-1)/(FNO*R1)=-1.32 ； 0054 f1/f=1.55; 0055 f2/f=4.15; 0056 图 2 至图 5 为相应实施例的光学特性曲线图， 其中图 2 为色差曲线图由 8m、 10m、 12m的三个波长来表示， 单位为mm。 图3为像散曲线图。
13、， 同样由8m、 10m、 12m 的三个波长来表示， 单位为 mm。图 4 为畸变曲线图， 标示不同视场角下的畸变大小值， 单位 为 %。图 5 为 MTF 曲线图， 代表光学系统的综合解像水平， 最新的 640*48017m 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证足以满足实用要 求。 0057 本发明光学系统参数请参见表一、 表二、 表三。 0058 表一、 光学元件参数表 0059 说 明 书 CN 103018884 A 5 4/5 页 6 0060 非球面满足下列表达式 ： 0061 0062 式中， Z为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时。
14、， 距非球面顶点的距离矢高Sag， R 表示镜面的近轴曲率半径， k 为圆锥系数 conic， A、 B、 C 为高次非球面系数。 0063 表二 ： 非球面数据 0064 非球面KABC 26.699634-3.847070E-0040-2.609965E-008 30.37830101.371238E-0081.029853E-009 45.0486927.330424E-0057.453724E-0080 501.156920E-00401.104631E-008 0065 衍射面满足下列表达式 ： 0066 0067 其中 =r/r1， r1是衍射面归化半径， Ai是衍射面相位系数 ；。
15、 0068 表三 ： 衍射面数据 0069 衍射面规划半径相位系数 A1相位系数 A2相位系数 A3 412-105.70542318.389735-19.590394 0070 需要注意的是， 上述表格中的具体参数仅仅是例示性的， 各透镜的参数不限于由 上述各数值实施例所示出的值， 可以采用其他的值， 都可以达到类似的技术效果。 0071 虽然上面描述了本发明的原理以及具体实施方式， 但是， 在本发明的上述教导下， 本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形， 而这些改进或者变形落 在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白， 上面的具体描述只是为了解释本发明 说 明 书 CN 103018884 A 6 5/5 页 7 的目的， 并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。 说 明 书 CN 103018884 A 7 1/3 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103018884 A 8 2/3 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103018884 A 9 3/3 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 103018884 A 10 。