一种基于自由曲面透镜的红外无热化镜头的制作方法

本申请涉及红外无热化镜头，具体涉及一种基于自由曲面透镜的红外无热化镜头。

背景技术：

1、随着光电设备的快速发展，对共孔径复合成像光学系统的需求日益增加。而分光镜作为轻量化共孔径复合成像系统必不可少的元件，常常为系统带来较大的像散，需要采取一定的措施进行校正。此外，为应对复杂多变的应用场景，光学系统需要满足无热化要求，即要求在高温、常温和低温环境下光学系统成像像质良好。

2、衍射光学元件能够通过表面微结构调制光波波前以实现像差校正，且具有对温度不敏感的特性，在无热化成像光学系统中应用广泛。但衍射光学元件校正像散的能力较差，对于使用分光镜的复合成像系统来说，仅利用衍射光学元件难以在校正像散的同时满足无热化要求。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请旨在提供一种基于自由曲面透镜的红外无热化镜头，以在校正像散的同时满足无热化要求；包括：

2、沿物方指向像方的方向依次设置的第一透镜、第二透镜、分光镜和第三透镜，其中靠近所述物方的透镜表面为物侧面，靠近所述像方的透镜表面为像侧面；

3、所述第一透镜的物侧面和像侧面均为球面；

4、所述第二透镜的物侧面为非球面，像侧面为球面；

5、所述分光镜的物侧面和像侧面均为平面；

6、所述第三透镜的物侧面为由条纹zernike多项式表征的自由曲面，像侧面为球面；

7、其中，所述自由曲面的顶点曲率半径为-20.66mm，归一化半径为11.98，且所述条纹zernike多项式对应的zernike系数包括但不限于c5＝-1.39×10-8，c6＝0.0652，c7＝2.8525，c8＝-0.0115，c9＝-1.27×10-10，c10＝4.09×10-9，c11＝0.0012，c12＝0.0738，c13＝4.21×10-9，c14＝-0.0013，c15＝0.0014，c16＝7.47×10-11，c17＝1.46×10-9，c18＝-2.29×10-6，c19＝0.004，c20＝0.0028，c21＝-3.45×10-10，c22＝1.08×10-9，c23＝7.67×10-5，c24＝8.4×10-5，c25＝-9.71×10-11，c26＝2.05×10-10，c27＝6.02×10-5，c28＝0.0002。

8、根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一透镜的光学材料为砷硒锗，所述第一透镜的物侧面的曲率半径为87.1mm，通光口径范围为φ86mm-φ87mm；所述第一透镜的像侧面的曲率半径为217.98mm，通光口径范围为φ82mm-φ83mm；厚度范围为12.8mm-13mm。

9、根据本申请实施例提供的技术方案，所述第二透镜的光学材料为硒化锌，所述第二透镜的物侧面的顶点曲率半径为120.95mm，四阶非球面系数为-9.98×10-8，六阶非球面系数为-1.57×10-11，八阶非球面系数为4.66×10-15，十阶非球面系数为-1.39×10-18，通光口径范围为φ78mm-φ79mm；所述第二透镜的像侧面的曲率半径为84.68mm，通光口径范围为φ72mm-φ73mm；厚度范围为5.9mm-6.1mm。

10、根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一透镜和所述第二透镜之间的距离变化范围为2.1mm-2.3mm。

11、根据本申请实施例提供的技术方案，所述分光镜的光学材料为锗，所述分光镜的物侧面的通光口径范围为φ89mm-φ90mm；所述分光镜的像侧面的通光口径范围为φ95mm-φ96mm；厚度范围为3.8mm-4mm。

12、根据本申请实施例提供的技术方案，所述第二透镜和所述分光镜之间的距离变化范围为56mm-58mm。

13、根据本申请实施例提供的技术方案，所述第三透镜的光学材料为锗，所述第三透镜的像侧面的曲率半径为37.97mm，通光口径范围为φ22mm-φ23mm；厚度范围为7.1mm-7.3mm。

14、根据本申请实施例提供的技术方案，所述分光镜和所述第三透镜之间的距离变化范围为28mm-31mm。

15、根据本申请实施例提供的技术方案，所述红外无热化镜头的工作红外波段为8.0μm-14.0μm。

16、综上所述，本申请提出一种基于自由曲面透镜的红外无热化镜头，包括沿物方指向像方的方向依次设置的第一透镜、第二透镜、分光镜和第三透镜；第一透镜的物侧面和像侧面均为球面；第二透镜的物侧面为非球面，像侧面为球面；分光镜的物侧面和像侧面均为平面；第三透镜的物侧面为由条纹zernike多项式表征的自由曲面，像侧面为球面；其中，自由曲面的顶点曲率半径为-20.66mm，归一化半径为11.98，且条纹zernike多项式对应的zernike系数包括但不限于c5＝-1.39×10-8，c6＝0.0652，c7＝2.8525，c8＝-0.0115，c9＝-1.27×10-10，c10＝4.09×10-9，c11＝0.0012，c12＝0.0738，c13＝4.21×10-9，c14＝-0.0013，c15＝0.0014，c16＝7.47×10-11，c17＝1.46×10-9，c18＝-2.29×10-6，c19＝0.004，c20＝0.0028，c21＝-3.45×10-10，c22＝1.08×10-9，c23＝7.67×10-5，c24＝8.4×10-5，c25＝-9.71×10-11，c26＝2.05×10-10，c27＝6.02×10-5，c28＝0.0002。

17、与现有技术相比，本申请的有益效果在于：本申请的第三透镜的物侧面采用由条纹zernike多项式表征的自由曲面，其独特的形状以及精确的zernike系数可以有效地对轴上像差和轴外像差进行校正，这种自由曲面具有很高的设计自由度，因此，自由曲面透镜能够替代多片普通透镜校正光学系统的像差，从而实现减小镜头体积和重量的效果。

1.一种基于自由曲面透镜的红外无热化镜头，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于自由曲面透镜的红外无热化镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)的光学材料为砷硒锗，所述第一透镜(1)的物侧面的曲率半径为87.1mm，通光口径范围为φ86mm-φ87mm；所述第一透镜(1)的像侧面的曲率半径为217.98mm，通光口径范围为φ82mm-φ83mm；厚度范围为12.8mm-13mm。

3.根据权利要求1所述的基于自由曲面透镜的红外无热化镜头，其特征在于：所述第二透镜(2)的光学材料为硒化锌，所述第二透镜(2)的物侧面的顶点曲率半径为120.95mm，四阶非球面系数为-9.98×10-8，六阶非球面系数为-1.57×10-11，八阶非球面系数为4.66×10-15，十阶非球面系数为-1.39×10-18，通光口径范围为φ78mm-φ79mm；所述第二透镜(2)的像侧面的曲率半径为84.68mm，通光口径范围为φ72mm-φ73mm；厚度范围为5.9mm-6.1mm。

4.根据权利要求1所述的基于自由曲面透镜的红外无热化镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)和所述第二透镜(2)之间的距离变化范围为2.1mm-2.3mm。

5.根据权利要求1所述的基于自由曲面透镜的红外无热化镜头，其特征在于：所述分光镜(3)的光学材料为锗，所述分光镜(3)的物侧面的通光口径范围为φ89mm-φ90mm；所述分光镜(3)的像侧面的通光口径范围为φ95mm-φ96mm；厚度范围为3.8mm-4mm。

6.根据权利要求1所述的基于自由曲面透镜的红外无热化镜头，其特征在于：所述第二透镜(2)和所述分光镜(3)之间的距离变化范围为56mm-58mm。

7.根据权利要求1所述的基于自由曲面透镜的红外无热化镜头，其特征在于：所述第三透镜(4)的光学材料为锗，所述第三透镜(4)的像侧面的曲率半径为37.97mm，通光口径范围为φ22mm-φ23mm；厚度范围为7.1mm-7.3mm。

8.根据权利要求1所述的基于自由曲面透镜的红外无热化镜头，其特征在于：所述分光镜(3)和所述第三透镜(4)之间的距离变化范围为28mm-31mm。

9.根据权利要求1所述的基于自由曲面透镜的红外无热化镜头，其特征在于：所述红外无热化镜头的工作红外波段为8.0μm-14.0μm。