一种红外光学系统及红外光学镜头的制作方法

本技术涉及透镜领域，尤其涉及一种红外光学系统及红外光学镜头。

背景技术：

1、镜头一般都由光学系统和结构件两部分组成。红外镜头也叫红外热成像镜头，其工作波段为远红外，即工作波长为8-12μm的成像镜头。红外镜头可以弥补可见光成像镜头的缺陷，在雾、霾、雨、雪、黑夜等环境中可替代可见光成像，被广泛应用在安防、车载、军事等领域。

2、随着图像传感器技术的不断发展，社会和生产上对高像素、高分辨率成像的需求越来越高。在远红外成像领域，随着技术的进步，图像探测器的分辨率由最初的五万，增加到三十万，而目前甚至有一百万像素的图像传感器问世。像元尺寸也从最开始的35μm，逐步减小到17μm、12μm，随着像元大小越来越小，与之匹配的镜头的成像分辨率也需提高。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本技术实施例提供了一种红外光学系统及红外光学镜头，旨在解决现有技术中红外光学镜头的分辨率较低的问题。

2、根据本技术实施例的一方面，公开了一种红外光学系统，所述红外光学系统沿光轴由物侧至像侧依次包括：第一非球面透镜、第二非球面透镜、超透镜和第三非球面透镜；所述第一非球面透镜具有负光焦度，所述第一非球面透镜为锗透镜，所述第一非球面透镜靠近所述物侧的面凸向所述物侧，所述第一非球面透镜远离所述物侧的面凸向所述物侧；所述第二非球面透镜具有正光焦度，所述第二非球面透镜靠近所述物侧的面凸向所述物侧，所述第二非球面透镜远离所述物侧的面凸向所述物侧或所述像侧；所述超透镜具有正光焦度；所述第三非球面透镜具有正光焦度，所述第三非球面透镜靠近所述物侧的面凸向所述像侧，所述第三非球面透镜远离所述物侧的面凸向所述像侧。

3、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述fno为所述红外光学系统的相对孔径，所述r1为所述第一非球面透镜靠近所述物侧的面的曲率半径，所述rs1为所述第一非球面透镜靠近所述物侧的面的有效半径；所述r9为所述第三非球面透镜靠近所述像侧的面的曲率半径，所述rs9为所述第三非球面透镜靠近所述像侧的面的有效半径；所述ttl为所述红外光学系统的光学总长，所述bfl为所述红外光学系统的后焦距。

4、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述rs1为所述第一非球面透镜靠近所述物侧的面的有效半径，所述rs2为所述第一非球面透镜靠近所述像侧的面的有效半径；所述第一非球面透镜靠近所述物侧的面为第一面，所述sag11为所述第一面和所述光轴的交点，与所述第一面的有效半径顶点在所述光轴上的距离；所述第一非球面透镜靠近所述物侧的面为第二面，所述sag12为所述第二面和所述光轴的交点，与所述第二面的有效半径顶点在所述光轴上的距离。

5、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述f为所述红外光学系统的有效焦距，所述semi_fov为所述红外光学系统的入射光的最大视场角的一半，所述semi_imgh为所述红外光学系统的最大像高的一半。

6、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述为所述超透镜所提供的相位差的最大值，所述rm为所述超透镜的光学有效半径。

7、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述r8为所述第三非球面透镜靠近所述物侧的面的曲率半径，所述r9为所述第三非球面透镜靠近所述像侧的面的曲率半径，所述cs8为所述第三非球面透镜的中心厚度，所述es8为所述第三非球面透镜的边缘厚度。

8、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述cs3为所述第二非球面透镜的中心厚度，所述cs45为所述第二非球面透镜靠近所述像侧的面与所述超透镜靠近所述物侧的面在所述光轴上的距离；所述cs8为所述第三非球面透镜的中心厚度，所述cs67为所述超透镜靠近所述物侧的面与所述第三非球面透镜在所述光轴上的距离。

9、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述r4为所述第二非球面透镜靠近所述像侧的面的曲率半径，所述r8为所述第三非球面透镜靠近所述物侧的面的曲率半径。

10、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述f为所述红外光学系统的有效焦距，所述d为所述红外光学系统的入瞳直径。

11、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述bfl为所述红外光学系统的后焦距，所述f为所述红外光学系统的有效焦距。

12、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述bfl为所述红外光学系统的后焦距，所述ttl为所述红外光学系统的光学总长。

13、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述f1为所述第一非球面透镜的焦距，所述f为所述红外光学系统的有效焦距。

14、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述f2为所述第二非球面透镜的焦距，所述f为所述红外光学系统的有效焦距。

15、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述fm为所述超透镜的焦距，所述f为所述红外光学系统的有效焦距。

16、在一些实施例中，所述红外光学系统满足：其中，所述f3为所述第三非球面透镜的焦距，所述f为所述红外光学系统的有效焦距。

17、本技术实施例的第二方面提供了一种红外光学镜头，包括：成像探测器和如上述任一项所述的红外光学系统；所述成像探测器设于所述红外光学系统的像面。

18、在一些实施例中，所述红外光学镜头还包括镜筒，所述镜筒设有安装通孔，所述安装通孔沿所述光轴由所述物侧至所述像侧依次包括第一孔段、第二孔段、第三孔段和第四孔段；

19、所述第一孔段的直径大于所述第二孔段的直径，所述第一非球面透镜收容于所述第一孔段靠近所述第二孔段的一侧；所述第二孔段的直径大于所述第三孔段的直径，所述第二非球面透镜和所述超透镜均收容于所述第二孔段，且所述超透镜位于所述第二孔段靠近所述第三孔段的一侧；所述第三孔段的直径大于所述第四孔段的直径，所述第三非球面透镜收容于所述第三孔段靠近所述第四孔段的一侧。

20、在一些实施例中，所述红外光学镜头还包括压圈、第一隔圈和第二隔圈；

21、所述压圈收容于所述第一孔段，所述压圈抵接于所述第一非球面透镜靠近所述物侧的面；所述第一隔圈收容于所述第二孔段，所述第一隔圈的一侧与所述第一非球面透镜靠近所述像侧的面抵接，所述第一隔圈的另一侧与所述第二非球面透镜靠近所述物侧的面抵接；所述第二隔圈的一侧与所述第二非球面透镜靠近所述像侧的面抵接，所述第二隔圈的另一侧与所述超透镜靠近所述物侧的面抵接；所述超透镜与所述第三非球面透镜抵接。

22、本技术所提供的红外光学系统由物侧至像侧依次包括第一非球面透镜、第二非球面透镜、超透镜和第三非球面透镜；第一非球面透镜具有负光焦度，第一非球面透镜为锗透镜，第一非球面透镜靠近物侧的面凸向物侧，第一非球面透镜远离物侧的面凸向物侧；第二非球面透镜具有正光焦度，第二非球面透镜靠近物侧的面凸向物侧，第二非球面透镜远离物侧的面凸向物侧或像侧；超透镜具有正光焦度；第三非球面透镜具有正光焦度，第三非球面透镜靠近物侧的面凸向像侧，第三非球面透镜远离物侧的面凸向像侧。本技术提供采用三片非球面透镜加一片超透镜构架的红外光学系统具有较高的分辨率，可匹配分辨率较高的成像探测器，例如，匹配分辨率为1280×1024、像元大小为8微米的成像探测器。红外光学系统的水平视场角达到了120°，具有较大的成像范围，能够获得更多的成像信息，同时能够分辨更多的成像细节。同时，红外光学系统只使用一片锗透镜，并且红外光学系统还使用了一片超透镜，超透镜通过半导体工艺生产，在大批量生产时其单片成本较低，因此本技术提供的红外光学系统还具有成本相对较低的优点。