一种广角低畸变大靶面红外镜头的制作方法

本发明涉及光学成像镜头设计，尤其涉及一种广角低畸变大靶面红外镜头。

背景技术：

1、在安防监控、军用侦察、森林防火等领域，随着非制冷红外探测器的分辨率不断提高，以及昼夜全天候大视场探测监控需求，对大靶面大视场的红外镜头的需求也日益强烈。

2、大视场镜头往往具有较大的光学畸变，较大的光学畸变会造成图像目标的扭曲变形，不利于对目标的识别与捕捉。目前往往采用图像处理技术进行辅助畸变校正，这对于电器解算与修正带来了较大的压力，通常会造成系统的功耗提升与产品可靠性的降低。

3、现有技术中已经出现了多种大视场角的红外镜头:

4、1、比如cn 208110150 u所述的鱼眼镜头，其光学畸变已经超过了90％，必须通过图像处理才可以显示正常的图像；且对于这种负畸变图像，其图像处理还会损失边缘的成像像素，造成边缘图像的成像质量下降。

5、2、比如cn115128774a与cn114935811a所述的鱼眼镜头，其光学系统的第一片玻璃为硫系玻璃，环境适应性较差。

6、3、比如cn 109343201 b与cn 115356826 a所述的广角镜头，其畸变都小于10％，视场在80度到90度范围之间。

7、4、比如cn 115079378 a，其畸变为30％，视场角约100度。

8、因此需要一种能够实现视场大于100度且畸变较小的红外镜头的技术方案，以应对越来越复杂的使用环境要求。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种广角低畸变大靶面红外镜头，用以解决现有技术中红外镜头存在的低视场、畸变大的问题。

2、本发明实施例提供了一种广角低畸变大靶面红外镜头，所述广角低畸变大靶面红外镜头包括从光线入射方向开始依次排列的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(4)、第四透镜(5)、第五透镜(6)和成像靶面(8)；

3、第一透镜(1)和第四透镜(5)具有负光焦度；第二透镜(2)、第三透镜(4)和第五透镜(6)具有正光焦度；

4、第一透镜(1)在光线入射方向为凸面，在光线入射反方向为凹面；第二透镜(2)在光线入射方向为凸面，在光线入射反方向为凹面；第三透镜(4)在光线入射方向为凸面，在光线入射反方向为凸面；第四透镜(5)和第五透镜(6)在光线入射反方向为凸面。

5、基于上述广角低畸变大靶面红外镜头的进一步改进，-5＜f1′/f＜-2，10＜f2′/f＜20，1.5＜f3′/f＜3；

6、其中，f1′为第一透镜(1)的焦距；f2′为第二透镜(2)的焦距；f3′为第三透镜(4)、第四透镜(5)和第五透镜(6)的组合焦距；f为广角低畸变大靶面红外镜头的焦距。

7、基于上述广角低畸变大靶面红外镜头的进一步改进，第一透镜(1)采用锗玻璃，第二透镜(2)采用硫化锌玻璃，第三透镜(4)、第四透镜(5)和第五透镜(6)采用硫系玻璃或锗玻璃。

8、基于上述广角低畸变大靶面红外镜头的进一步改进，广角低畸变大靶面红外镜头的工作波段为8μm-12μm，f数为1.1，对角线视场为120°，最大光学畸变为5％。

9、基于上述广角低畸变大靶面红外镜头的进一步改进，第一透镜(1)在光线入射反方向、第三透镜(4)在光线入射方向、第三透镜(4)在光线入射反方向、第四透镜(5)在光线入射反方向和第五透镜(6)在光线入射反方向均为非球面，并且均满足下列表达式：

10、

11、其中，r表示高度；z表示非球面沿光线入射方向在高度为r的位置时，距离非球面顶点的距离矢高；c表示曲率半径；k表示圆锥系数；α4、α6、α8、α10、α12表示高次非球面系数。

12、基于上述广角低畸变大靶面红外镜头的进一步改进，第一透镜(1)在光线入射反方向的α4、α6、α8、α10、α12分别为-2.211×10-5、3.7275×10-8、-1.297×10-10、2.2262×10-13和-2.223×10-16；

13、第三透镜(4)在光线入射方向的α4、α6、α8、α10、α12分别为2.529×10-5、-2.437×10-7、7.6296×10-9、-1.019×10-10和0；

14、第三透镜(4)在光线入射反方向的α4、α6、α8、α10、α12分别为4.692×10-6、-2.556×10-7、5.7434×10-9、-9.587×10-11和0；

15、第四透镜(5)在光线入射反方向的α4、α6、α8、α10、α12分别为8.9335×10-5、-6.376×10-8、-3.392×10-9、1.2875×10-10和-8.07×10-13；

16、第五透镜(6)在光线入射反方向的α4、α6、α8、α10、α12分别为4.178×10-5、-8.482×10-8、2.1603×10-9、-2.135×10-11和6.2324×10-14。

17、基于上述广角低畸变大靶面红外镜头的进一步改进，第二透镜(2)在光线入射反方向为衍射非球面，在zemax软件中的相位分布函数＝m(b1r’2+b2r’4+b3r’6)；

18、其中，m为衍射级次；b1、b2、b3为二元面相位系数，r’为归一化半径；

19、第二透镜(2)在光线入射反方向的m＝1，b1＝-66.06，b2＝80.179，b3＝14.7488，r’＝9。

20、基于上述广角低畸变大靶面红外镜头的进一步改进，第一透镜(1)在光线入射反方向、第三透镜(4)在光线入射反方向、第四透镜(5)在光线入射方向和第五透镜(6)在光线入射反方向均为非球面，并且均满足下列表达式：

21、

22、其中，r表示高度；z表示非球面沿光线入射方向在高度为r的位置时，距离非球面顶点的距离矢高；c表示曲率半径；k表示圆锥系数；α4、α6、α8、α10、α12表示高次非球面系数。

23、基于上述广角低畸变大靶面红外镜头的进一步改进，第一透镜(1)在光线入射反方向的α4、α6、α8、α10、α12分别为-8.837×10-6、4.3627×10-9、-1.065×10-11、-3.59×10-14和0；

24、第三透镜(4)在光线入射反方向的α4、α6、α8、α10、α12分别为1.3235×10-5、-5.479×10-8、5.237×10-11、2.336×10-13和0；

25、第四透镜(5)在光线入射方向的α4、α6、α8、α10、α12分别为-3.542×10-5、-8.603×10-7、-1.505×10-8、1.1495×10-10和-4.562×10-13；

26、第五透镜(6)在光线入射反方向的α4、α6、α8、α10、α12分别为7.814×10-5、-3.31×10-7、2.1206×10-9、-8.93×10-12和0。

27、基于上述广角低畸变大靶面红外镜头的进一步改进，第二透镜(2)在光线入射反方向为衍射非球面，在zemax软件中的相位分布函数＝m(b1r’2+b2r’4+b3r’6)；

28、其中，m为衍射级次；b1、b2、b3为二元面相位系数，r’为归一化半径；

29、第二透镜(2)在光线入射反方向的m＝1，b1＝-26.819，b2＝-4.172，b3＝21.591，r’＝8。

30、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

31、1、通过具有负光焦度的第一透镜和第四透镜，以及具有正光焦度的第二透镜、第三透镜和第五透镜，实现了红外镜头的视场为120°，最大光学畸变为5％；

32、2、通过采用锗玻璃的第一透镜，使得红外镜头的环境适应性较好，能够应用于各种复杂的环境。

33、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。