镜头及光学系统的制作方法

1.本技术涉及光学元件领域，更具体地涉及一种镜头及光学系统。


背景技术：

2.红外镜头的应用范围非常广泛，尤其是红外枪瞄镜头。现有技术中，镜头的首片透镜通常由锗玻璃制成，使得镜头的成本较高，镜头的结构复杂，并且无法实现光学被动式无热化。因此，如何在实现低成本设计的同时保证红外枪瞄镜头具有较好的成像质量是目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

3.鉴于上述现有技术的状态而做出本技术。本技术的目的在于提供一种镜头及光学系统，其能够克服上述背景技术中说明的缺点中的至少一个缺点。
4.本技术提供了一种如下的镜头，其包括的透镜的数量为两个，所述镜头包括：第一透镜，其为正弯月透镜，所述第一透镜包括第一面和第二面，所述第一面为凸面且朝向物侧，所述第一面的曲率半径为30mm至40mm，所述第二面为凹面且朝向像侧，所述第二面的曲率半径为45mm至55mm；以及第二透镜，其为正弯月透镜，所述第二透镜包括第三面和第四面，所述第三面为凸面且朝向所述物侧，所述第三面的曲率半径为15mm至25mm，所述第四面为凹面且朝向所述像侧，所述第四面的曲率半径为15mm至25mm，其中所述第一透镜和所述第二透镜沿光轴从所述物侧朝向所述像侧依次排列。
5.在一个可选的方案中，所述第一面、所述第二面、所述第三面以及所述第四面中的至少一者为非球面。
6.在另一个可选的方案中，所述非球面满足
[0007][0008]
其中，z为所述非球面上的一点在所述光轴的轴向上的矢高，r为所述一点与所述光轴之间的最短距离，c为所述非球面的顶点处的曲率半径，k为所述非球面的圆锥系数，αi为所述非球面的非球面系数，i为所述非球面中多项式项数的序号，n为所述非球面中多项式的总项数，所述第一面满足30mm≤c≤40mm，k＝0，α2＝2.45e-7，α3＝-7.22e-10，α4＝3.54e-12，α5＝-3.55e-15，α6＝-4.07e-18，α7＝4.88e-21，所述第二面满足45mm≤c≤55mm，k＝0，α2＝7.61e-7，α3＝-9.61e-10，α4＝9.44e-12，α5＝-2.34e-14，α6＝1.65e-17，α7＝2.31e-21，所述第三面满足15mm≤c≤25mm，k＝0，α2＝-3.17e-5，α3＝3.14e-7，α4＝-2.34e-8，α5＝3.96e-10，α6＝-3.85e-12，α7＝1.45e-21，所述第四面满足15mm≤c≤25mm，k＝0，α2＝-4.77e-5，α3＝9.91e-7，α4＝-6.73e-8，α5＝1.37e-9，α6＝-1.51e-11，α7＝6.81e-14。
[0009]
在另一个可选的方案中，所述第二面为衍射面。
[0010]
在另一个可选的方案中，所述衍射面满足
[0011][0012]
其中，φ为所述衍射面的相位，m为所述衍射面的衍射级次，ai为所述衍射面中各项的系数，ρ为所述衍射面的归一化的径向孔径坐标，i为所述衍射面中多项式项数的序号，n为所述衍射面中多项式的总项数，所述第二面满足m＝100，a1＝-49.07，a2＝-0.91。
[0013]
在另一个可选的方案中，所述第一透镜和/或所述第二透镜由硫系玻璃制成。
[0014]
在另一个可选的方案中，所述镜头的焦距为50mm，所述镜头的f数为1.0，所述镜头的视场角大于或等于11.2
°
，所述镜头的光学总长小于或等于60.3mm，所述镜头的光学后截距大于或等于10mm，所述镜头的工作波长为8μm至12μm。
[0015]
在另一个可选的方案中，所述第一透镜在所述光轴上的厚度为7mm，所述第二透镜在所述光轴上的厚度为3mm，所述第一透镜和所述第二透镜在所述光轴上的空气间隔为38.9mm。
[0016]
在另一个可选的方案中，还包括平板玻璃，所述平板玻璃位于所述第二透镜的像侧，所述平板玻璃和所述第二透镜在所述光轴上的空气间隔为9.9mm。
[0017]
本技术还提供了一种如下的光学系统，包括上述的镜头和感光元件。
[0018]
采用上述技术方案，镜头能够在仅使用两个透镜的情况下进行高质量地成像，且能够实现光学被动式无热化，使得镜头能够具有较为简单的结构，从而能够有效降低镜头的成本。此外，由于透镜的数量较少，使得镜头能够具有较短的总长、较轻的重量以及较小的体积，从而能够提高镜头的便携性。
附图说明
[0019]
图1示出了根据本技术的一个实施例的光学系统的示意图。
[0020]
图2示出了图1中的光学系统的镜头在20℃下的光学调制传递函数曲线图。
[0021]
图3示出了图1中的光学系统的镜头在-40℃下的光学调制传递函数曲线图。
[0022]
图4示出了图1中的光学系统的镜头在60℃下的光学调制传递函数曲线图。
[0023]
图5示出了图1中的光学系统的镜头的场曲图。
[0024]
图6示出了图1中的光学系统的镜头的畸变图。
[0025]
图7示出了图1中的光学系统的镜头的相对照度图。
[0026]
附图标记说明
[0027]
1镜头；11第一透镜；12第二透镜；13平板玻璃；
[0028]
2感光元件；
[0029]
s1第一面；s2第二面；s3第三面；s4第四面；
[0030]
a光轴。
具体实施方式
[0031]
下面参照附图描述本技术的示例性实施例。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本技术，而不用于穷举本技术的所有可行的方式，也不用于限制本技术的范围。
[0032]
在本技术中，采用科学计数法表示一些数值。例如，2.45e-7表示2.45
×
10-7
。如无
特殊说明，“一个数值至另一个数值”包括一个数值和另一个数值本身。
[0033]
图1示出了根据本技术的一个实施例的光学系统。
[0034]
参照图1，光学系统可以包括镜头1和感光元件2，镜头1可以为红外枪瞄镜头。
[0035]
镜头1可以包括第一透镜11、第二透镜12以及平板玻璃13。具体地，镜头1包括的透镜的数量仅为两个。第一透镜11可以为正弯月透镜，其可以包括第一面s1和第二面s2。第一面s1可以为凸面且朝向物侧，第一面s1的曲率半径可以为30mm至40mm。第二面s2可以为凹面且朝向像侧，第二面s2的曲率半径可以为45mm至55mm。第二透镜12可以为正弯月透镜，其可以包括第三面s3和第四面s4。第三面s3可以为凸面且朝向物侧，第三面s3的曲率半径可以为15mm至25mm。第四面s4可以为凹面且朝向像侧，第四面s4的曲率半径可以为15mm至25mm。第一透镜11和第二透镜12可以由硫系玻璃制成，例如可以由湖北新华光信息材料有限公司生产的牌号为irg204的硫系玻璃制成。
[0036]
第一透镜11、第二透镜12以及平板玻璃13可以沿光轴a排列。具体地，第一透镜11可以位于第二透镜12的物侧，平板玻璃13可以位于第二透镜12的像侧。第一透镜11在光轴a上的厚度可以为7mm，第二透镜12在光轴a上的厚度可以为3mm。第一透镜11和第二透镜12在光轴a上的空气间隔可以为38.9mm，第二透镜12和平板玻璃13在光轴a上的空气间隔可以为9.9mm。镜头1的光学总长可以小于或等于60.3mm，镜头1的光学后截距可以大于或等于10mm。镜头1的焦距可以为50mm，镜头1的f数可以为1.0，镜头1的视场角可以大于或等于11.2
°
。
[0037]
第一透镜11和第二透镜12可以包括非球面。具体地，第一面s1、第二面s2、第三面s3以及第四面s4可以为非球面，所述非球面满足
[0038][0039]
其中，z为非球面上的一点在光轴a的轴向上的矢高，r为该点与光轴a之间的最短距离，c为非球面的顶点处的曲率半径，k为非球面的圆锥系数，αi为非球面的非球面系数，i为非球面中多项式项数的序号，n为非球面中多项式的总项数。例如，所述第一面s1可以满足30mm≤c≤40mm，k＝0，α2＝2.45e-7，α3＝-7.22e-10，α4＝3.54e-12，α5＝-3.55e-15，α6＝-4.07e-18，α7＝4.88e-21；第二面s2可以满足45mm≤c≤55mm，k＝0，α2＝7.61e-7，α3＝-9.61e-10，α4＝9.44e-12，α5＝-2.34e-14，α6＝1.65e-17，α7＝2.31e-21；第三面s3可以满足15mm≤c≤25mm，k＝0，α2＝-3.17e-5，α3＝3.14e-7，α4＝-2.34e-8，α5＝3.96e-10，α6＝-3.85e-12，α7＝1.45e-21；第四面s4可以满足15mm≤c≤25mm，k＝0，α2＝-4.77e-5，α3＝9.91e-7，α4＝-6.73e-8，α5＝1.37e-9，α6＝-1.51e-11，α7＝6.81e-14。在上述的非球面公式中，未给出的系数αi为0。
[0040]
第一透镜11可以包括衍射面。具体地，第二面s2可以为衍射面，衍射面可以满足
[0041][0042]
其中，φ为衍射面的相位，m为衍射面的衍射级次，ai为衍射面中各项的系数，ρ为衍射面的归一化的径向孔径坐标，i为衍射面中多项式项数的序号，n为衍射面中多项式的总项数。例如，第二面s2可以满足m＝100，a1＝-49.07，a2＝-0.91。在上述的衍射面公式中，
未给出的系数ai为0。
[0043]
感光元件2可以为非制冷长波红外探测器。具体地，感光元件2的分辨率可以为640
×
512，感光元件2的像素间距可以为12μm。感光元件2可以设置于光轴a，并且位于平板玻璃13的像侧。相应地，镜头1的工作波长可以为8μm至12μm。
[0044]
参照图2至图4，其示出了镜头1的光学调制传递函数(mtf)曲线图。其中，横坐标为空间频率，单位为线对/毫米(lp/mm)。纵坐标为光学传递函数(otf，optical transfer function)的系数。
[0045]
参照图2，其示出了镜头1在20℃下，像面高度为0.0000mm、1.2300mm、2.4600mm、3.6900mm以及4.9200mm，工作波长为8μm至12μm，42线对下的子午(t)和弧矢(s)调制传递函数曲线。从图2可以看出，中心视场(像面高度为0.0000mm)的子午和弧矢调制传递函数大于0.45，其余视场的调制传递函数大于0.41。镜头1的子午和弧矢调制传递函数曲线较高，镜头1在常温下的成像质量较好。
[0046]
参照图3，其示出了镜头1在-40℃下，像面高度为0.0000mm、1.2300mm、2.4600mm、3.6900mm以及4.9200mm，工作波长为8μm至12μm，42线对下的子午(t)和弧矢(s)调制传递函数曲线。从图3可以看出，中心视场(像面高度为0.0000mm)的子午和弧矢调制传递函数大于0.40，其余视场的调制传递函数大于0.34。镜头1的子午和弧矢调制传递函数曲线较高，镜头1在-40℃下的成像质量较好。
[0047]
参照图4，其示出了镜头1在60℃下，像面高度为0.0000mm、1.2300mm、2.4600mm、3.6900mm以及4.9200mm，工作波长为8μm至12μm，42线对下的子午(t)和弧矢(s)调制传递函数曲线。从图4可以看出，中心视场(像面高度为0.0000mm)的子午和弧矢调制传递函数大于0.39，其余视场的调制传递函数大于0.30。镜头1的子午和弧矢调制传递函数曲线较高，镜头1在60℃下的成像质量较好。
[0048]
参照图5，其示出了镜头1在工作波长为8.0000μm、10.0000μm以及12.0000μm下的场曲图。其中，横坐标表示场曲，单位为mm。纵坐标表示视场。曲线t为子午场曲曲线，曲线s为弧矢场曲曲线。从图5可以看出，镜头1的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在-0.05mm至0.05mm范围内。
[0049]
参照图6，其示出了镜头1的畸变图。其中，横坐标表示畸变的百分比值，纵坐标表示视场角。从图6可以看出，镜头1的畸变小于0.2％，避免了图像失真的情况。
[0050]
参照图7，其示出了镜头1的相对照度图。其中，横坐标为光学系统的像面高度，单位为mm。纵坐标为归一化照度。从图7可以看出，镜头1的中心相对照度为1，没有能量损失。镜头1的边缘相对照度大于0.97。因此，镜头1的相对照度大于0.97。
[0051]
这样，采用上述配置，镜头1能够在仅使用两个透镜(第一透镜11和第二透镜12)的情况下进行高质量地成像，且能够实现光学被动式无热化，使得镜头1能够具有较为简单的结构，从而能够有效降低镜头1的成本。此外，由于透镜的数量较少，使得镜头1能够具有较短的总长、较轻的重量以及较小的体积，从而能够提高镜头1的便携性。
[0052]
应当理解，上述实施例仅是示例性的，不用于限制本技术。本领域技术人员可以在本技术的教导下对上述实施例做出各种变型和改变，而不脱离本技术的范围。
[0053]
应当理解，第一面s1、第二面s2、第三面s3以及第四面s4不限于均为非球面，在可选的方案中，它们中的至少一者为非球面即可。
[0054]
应当理解，空气间隔不限于填充空气，其可以填充任何可能的气体。
[0055]
应当理解，第一面s1的曲率半径不限于为30mm和40mm，例如还可以包括32mm、34mm、36mm以及38mm。第二面s2的曲率半径不限于为45mm和55mm，例如还可以包括47mm、49mm、51mm以及53mm。第三面s3的曲率半径不限于为15mm和25mm，例如还可以包括17mm、19mm、21mm以及23mm。第四面s4的曲率半径不限于为15mm和25mm，例如还可以包括17mm、19mm、21mm以及23mm。

技术特征：
1.一种镜头，其包括的透镜的数量为两个，其特征在于，所述镜头(1)包括：第一透镜(11)，其为正弯月透镜，所述第一透镜(11)包括第一面(s1)和第二面(s2)，所述第一面(s1)为凸面且朝向物侧，所述第一面(s1)的曲率半径为30mm至40mm，所述第二面(s2)为凹面且朝向像侧，所述第二面(s2)的曲率半径为45mm至55mm；以及第二透镜(12)，其为正弯月透镜，所述第二透镜(12)包括第三面(s3)和第四面(s4)，所述第三面(s3)为凸面且朝向所述物侧，所述第三面(s3)的曲率半径为15mm至25mm，所述第四面(s4)为凹面且朝向所述像侧，所述第四面(s4)的曲率半径为15mm至25mm，其中所述第一透镜(11)和所述第二透镜(12)沿光轴(a)从所述物侧朝向所述像侧依次排列。2.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一面(s1)、所述第二面(s2)、所述第三面(s3)以及所述第四面(s4)中的至少一者为非球面。3.根据权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述非球面满足其中，z为所述非球面上的一点在所述光轴(a)的轴向上的矢高，r为所述一点与所述光轴(a)之间的最短距离，c为所述非球面的顶点处的曲率半径，k为所述非球面的圆锥系数，α
i
为所述非球面的非球面系数，i为所述非球面中多项式项数的序号，n为所述非球面中多项式的总项数，所述第一面(s1)满足30mm≤c≤40mm，k＝0，α2＝2.45e-7，α3＝-7.22e-10，α4＝3.54e-12，α5＝-3.55e-15，α6＝-4.07e-18，α7＝4.88e-21，所述第二面(s2)满足45mm≤c≤55mm，k＝0，α2＝7.61e-7，α3＝-9.61e-10，α4＝9.44e-12，α5＝-2.34e-14，α6＝1.65e-17，α7＝2.31e-21，所述第三面(s3)满足15mm≤c≤25mm，k＝0，α2＝-3.17e-5，α3＝3.14e-7，α4＝-2.34e-8，α5＝3.96e-10，α6＝-3.85e-12，α7＝1.45e-21，所述第四面(s4)满足15mm≤c≤25mm，k＝0，α2＝-4.77e-5，α3＝9.91e-7，α4＝-6.73e-8，α5＝1.37e-9，α6＝-1.51e-11，α7＝6.81e-14。4.根据权利要求1至3中任一项所述的镜头，其特征在于，所述第二面(s2)为衍射面。5.根据权利要求4所述的镜头，其特征在于，所述衍射面满足其中，φ为所述衍射面的相位，m为所述衍射面的衍射级次，a
i
为所述衍射面中各项的系数，ρ为所述衍射面的归一化的径向孔径坐标，i为所述衍射面中多项式项数的序号，n为所述衍射面中多项式的总项数，所述第二面(s2)满足m＝100，a1＝-49.07，a2＝-0.91。6.根据权利要求1至3中任一项所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜(11)和/或所述第二透镜(12)由硫系玻璃制成。7.根据权利要求1至3中任一项所述的镜头，其特征在于，所述镜头(1)的焦距为50mm，
所述镜头(1)的f数为1.0，所述镜头(1)的视场角大于或等于11.2
°
，所述镜头(1)的光学总长小于或等于60.3mm，所述镜头(1)的光学后截距大于或等于10mm，所述镜头(1)的工作波长为8μm至12μm。8.根据权利要求1至3中任一项所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜(11)在所述光轴(a)上的厚度为7mm，所述第二透镜(12)在所述光轴(a)上的厚度为3mm，所述第一透镜(11)和所述第二透镜(12)在所述光轴(a)上的空气间隔为38.9mm。9.根据权利要求1至3中任一项所述的镜头，其特征在于，还包括平板玻璃(13)，所述平板玻璃(13)位于所述第二透镜(12)的像侧，所述平板玻璃(13)和所述第二透镜(12)在所述光轴(a)上的空气间隔为9.9mm。10.一种光学系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的镜头(1)和感光元件(2)。

技术总结
提供了一种镜头及光学系统，该镜头包括的透镜的数量为两个。第一透镜为正弯月透镜，其包括第一面和第二面。第一面为凸面且朝向物侧，第一面的曲率半径为30mm至40mm。第二面为凹面且朝向像侧，第二面的曲率半径为45mm至55mm。第二透镜为正弯月透镜，其包括第三面和第四面。第三面为凸面且朝向物侧，第三面的曲率半径为15mm至25mm。第四面为凹面且朝向像侧，第四面的曲率半径为15mm至25mm。其中，第一透镜和第二透镜沿光轴从物侧朝向像侧依次排列。这样，镜头能够具有较低的成本和较好的便携性。携性。携性。


技术研发人员：赵振宇 廖晨旭 宋敏 邹金徽
受保护的技术使用者：湖北新华光信息材料有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/9/5