一种大景深红外测温镜头的制作方法

1.本实用新型涉及一种红外成像测温镜头，特别是一种可以用于非接触式红外人体测温系统，更具体地，本技术涉及一种二片式大景深红外测温镜头。


背景技术：

2.近年，随着科技的不断进步，红外镜头的应用范围也越来越广。如今，芯片技术与智能算法发展迅速，利用光学 镜头 接收的红外图像信号，即可计算出被 测物体的温度分布。
3.在有传染性疫情发生的时候，测量病人是否发热往往是一种重要的早期判定方法之一。为了测量的方便和高效，避免测量时人员之间的交叉感染病菌的情况发生，近年来广泛采用红外非接触式方法测量体温。
4.目前，市面上常用的红外体温测量系统，被测量者和红外测温系统的距离的影响较大，测量距离不同时，其测温结果相差较大。所以测量时对被测者的站位精度要求很高，被测者必须在一个固定的位置才能实现精确和重复性测量，否则测量精度低，测量结果重复性差，测量效率低，不适合人流量大的测量场合。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了可适用于红外测温电子产品的、可至少解决或部分解决现有技术中的上述至少一个缺点的大景深红外测温镜头。
6.一方面，本实用新型提供了这样一大景深红外测温镜头，该镜头沿着光轴由像源侧至成像侧依序包括：具有正光焦度或负光焦度的第一红外透镜；具有正光焦度或负光焦度的第二红外透镜；其成像侧表面为凸面；所述红外镜头的像源面至第二红外透镜的成像侧表面在光轴上的距离ttl与测温镜头总的有效焦距f满足ttl/f《1.9；所述第二红外透镜的有效焦距f2与所述红外测温镜头的总的有效焦距满足0《f2/f《5.0。
7.在一个实施方式中，第一红外透镜于光轴上的中心厚度ct1与所述第二红外透镜于所述光轴上的中心厚度ct2满足1《ct1/ct2《1.8。
8.在一个实施方式中，第二红外透镜的成像侧表面s4的曲率半径r4与所述红外测温镜头的总的有效焦距满足-8《r4/f《0。
9.在一个实施方式中，所述第一红外透镜和所述第二红外透镜在所述光轴上的间隔t12与所述第二红外镜头在所述光轴上的中心厚度ct2满足1《t12/ct2《3。
10.在一个实施方式中，所述第二红外透镜的成像侧表面的有效半口径d21与所述第二红外透镜的像源侧表面的有效半口径d22满足1.0《d22/d21《1.8。
11.在一个实施方式中，所述的大景深红外测温镜头的最大半视场角hfov满足hfov《30
°
。
12.在一个实施方式中，所述的大景深红外测温镜头，在9微米至14微米的光波波段中，所述红外测温镜头的光线透过率大于70%。
13.在一个实施方式中，所述的大景深红外测温镜头，其特征在于，所述红外测温镜头的像源面至所述第一透镜的像源侧表面在近述光轴上的距离bf与的述红外测温镜头的像源面到所述第二红外透镜成像侧表面在所述光轴上的距离ttl满足0《bf/ttl《0.6。
14.另一方面，本实用新型提供了这样一种大景深红外测温镜头，该红外测温镜头沿着光轴由像源侧至成像侧依序包括：具有正光焦度或负光焦度的第一透镜；具有正光焦度或负光焦度的第二透镜。
15.其中，镜头的像源面至第二透镜的成像侧表面在光轴上的距离ttl与红外测温镜头的总有效焦距f可满足ttl/f＜1.9；第二透镜的有效焦距f2与第一透镜的有效焦距f1可满足0.5＜f2/f1＜5.0。
16.又一方面，本实用新型提供了这样一种大景深红外测温镜头，该红外测温镜头沿着光轴由像源侧至成像侧依序包括：具有正光焦度或负光焦度的第一透镜；具有正光焦度或负光焦度的第二透镜，其成像侧表面可为凸面。其中，第一透镜于光轴上的中心厚度ct1与第二透镜于光轴上的中心厚度ct2可满足1＜ct1/ct2＜1.8。
17.又一方面，本实用新型提供了这样一种大景深红外测温镜头，该红外测温镜头沿着光轴由像源侧至成像侧依序包括：具有正光焦度或负光焦度的第一透镜；具有正光焦度或负光焦度的第二透镜，其成像侧表面可为凸面。其中，第二透镜的成像侧表面的有效半口径d21与第二透镜的像源侧表面的有效半口径d22可满足1 .1＜d22/d21＜1 .8。
18.本实用新型采用了多片(例如，二片、三片等)透镜，通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上间距等，使得上述红外测温镜头具有大数值孔径、小型化、高成像品质等至少一个有益效果，并且实现大景深的效果。
附图说明
19.结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本实用新型的其他特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
20.图1 实施例1的红外测温镜头的结构示意图；
21.图2 实施例1的红外测温镜头的焦深曲线；
22.图3 实施例2的红外测温镜头的结构示意图；
23.图4 实施例2的红外测温镜头的焦深曲线；
24.图5 实施例3的红外测温镜头的结构示意图；
25.图6 实施例3的红外测温镜头的焦深曲线。
具体实施方式
26.为了更好地理解本实用新型，将参考附图对本实用新型的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本实用新型的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本技术的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
27.应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本实用新型的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜，第二透镜也可被称作第一透镜。
28.在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
29.在本文中，近轴区域是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凹面。每个透镜中最靠近像源侧的表面称为像源侧表面，每个透镜中最靠近成像侧的表面称为成像侧表面。
30.还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本技术的实施方式时，使用“可”表示“本技术的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
31.除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本实用新型所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
33.以下对本实用新型的特征、原理和其他方面进行详细描述。
34.根据本实用新型示例性实施方式的红外测温镜头可包括例如二片具有光焦度的透镜，即，第一透镜、第二透镜。这二片透镜沿着光轴由像源侧至成像侧依序排列。
35.在示例性实施方式中，第一透镜具有正光焦度或负光焦度；第二透镜具有正光焦度或负光焦度。
36.在示例性实施方式中，第一透镜的像源侧表面和成像侧表面中的至少一个可为凸面。在一些实施方式中，第一透镜可为像源侧表面和成像侧表面均为凸面的双凸透镜。
37.在示例性实施方式中，第二透镜的像源侧表面和成像侧表面中的至少一个可为凸面。可选地，第二透镜的成像侧表面为凸面。
38.在示例性实施方式中，本实用新型的大景深红外测温镜头可满足条件式hfov＜15
°
，其中，hfov为红外测温镜头的最大半视场角。满足条件式hfov＜15
°
，有利于控制轴外视场区域的像，以减少轴外视场区域的像差，从而提升成像品质；同时，也有利于提高轴上视场区域和轴外视场区域焦深以及成像质量的均匀性。
39.在示例性实施方式中，本实用新型的大景深红外测温镜头可满足条件式0＜f2/f＜5.0，其中，f2为第二透镜的有效焦距，f为红外测温镜头的总有效焦距。更具体地，f2和f进一步可满足0 .50＜f2/f＜3.50，例如，0 .56≤f2/f≤3。合理的光焦度分配，有利实现红外测温镜头的小型化和高成像品质。
40.在示例性实施方式中，本实用新型的红外测温镜头可满足条件式
ꢀ‑
1.0＜f2/f1＜10.0，其中，f2为第二透镜的有效焦距 ，f1为第一透镜的有效焦距 。更具体地 ，f2和f1进一步可满足-0.80＜f2/f1＜5.0，例如，-0.5≤f2/f1≤3.5。合理的光焦度分配，有利实现红
外测温镜头的小型化和高成像品质。
41.在示例性实施方式中，本实用新型的大景深红外测温镜头在约9微米至约14微米的光波波段中，光线透过率大于70％。这样的设置有利于提高红外光线透过镜头的透过率，从而获得更高亮度的红外图像。
42.在示例性实施方式中，本实用新型的大景深红外测温镜头可满足条件式-8＜r4/f＜0，其中，r4为第二透镜的成像侧表面的曲率半径，f为红外测温镜头的总有效焦距。合理布置第二透镜成像侧表面的弯曲方向和弯曲程度，有利于实现红外测温镜头的小型化和高成像品质。
43.在示例性实施方式中，本实用新型的大景深红外测温镜头可满足条件式1＜ct1/ct2＜1.8，其中，ct1为第一透镜于光轴上的中心厚度，ct2为第二透镜于光轴上的中心厚度。更具体地，ct1和ct2进一步可满足1.3≤ct1/ct2≤1.7。合理的尺寸分配，有利于实现红外测温镜头的小型化以及像源侧光线远心，提升投影效率。
44.在示例性实施方式中，本实用新型的大景深红外测温镜头可满足条件式1.0＜d22/d21＜1.8，其中，d21为第二透镜的成像侧表面的有效半口径，d22为第二透镜的像源侧表面的有效半口径。更具体地，d22和d21进一步可满足1.01≤d22/d21≤1.49。满足条件式1.0＜d22/d21＜1.5，有利于实现红外测温镜头的小型化。
45.在示例性实施方式中，本实用新型的大景深红外测温镜头可满足条件式0《ttl/f《1.6，其中，ttl为红外测温镜头的像源面至第二透镜的成像侧表面的轴上距离，f为红外测温镜头的总有效焦距。更具体地，ttl和f进一步可满足0.90＜ttl/f＜1.10，例如，0.95≤ttl/f≤1.04。合理控制红外测温镜头的ttl和f的比值，有利于保持红外测温镜头的小型化特征。
46.在示例性实施方式中，本实用新型的大景深红外测温镜头可满足条件式0＜bf/ttl＜0.6，其中，bf为红外测温镜头的像源面至第一透镜的像源侧表面的轴上距离，ttl为红外测温镜头的像源面至第二透镜的成像侧表面的轴上距离。更具体地，bf和ttl进一步可满足0.10＜bf/ttl＜0.20，例如，0.16≤bf/ttl≤0.17。合理的尺寸分配，可有效缩短红外测温镜头的总长，实现小型化。
47.在示例性实施方式中，上述大景深红外测温镜头还可包括至少一个光阑，以提升镜头的成像质量。光阑可根据需要设置在任意位置处，例如，光阑可设置在第二透镜与成像侧之间。
48.可选地，上述大景深红外测温镜头还可包括其他公知的光学投影元件，例如，滤光片、场镜等 共同配合使用。
49.根据本实用新型的上述实施方式的大景深红外测温镜头可采用例如二片透镜，通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上间距等，使得红外测温镜头具有大数值孔径、小型化、高成像品质等有益效果。
50.在本实用新型的实施方式中，各透镜的镜面中的至少一个为非球面镜面。非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的。与从透镜中心到透镜周边具有恒定曲率的球面透镜不同，非球面透镜具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。
51.然而，本领域的技术人员应当理解，在未背离本实用新型要求保护的技术方案的情况下，可改变构成红外测温镜头的透镜数量，来获得本说明书中描述的各个结果和优点。例如，虽然在实施方式中以二片透镜为例进行了描述，但是该红外测温镜头不限于包括二片透镜。如果需要，该红外测温镜头还可包括其它数量的透镜。
52.下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的大景深红外测温镜头的具体实施例。
53.实施例1
54.以下参照图1至图2描述根据本实用新型实施例1的大景深红外测温镜头。图1示出了根据本实用新型实施例1的红外测温镜头的结构示意图。
55.如图1所示，根据本实用新型示例性实施方式的大景深红外测温镜头沿光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜l1、第二透镜l2和光阑sto。
56.第一透镜l1具有正光焦度，其成像侧表面s1为凸面，像源侧表面s2为凹面；第二透镜l2具有正光焦度，其像源侧表面s3为凹面，成像侧表面s4为凸面。在约9微米至约14微米光波波段中，该大景深红外测温镜头的光线透过率大于70％。
57.表1示出了实施例1的大景深红外测温镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
[0058][0059] 由表1可知，第二透镜l2的像源侧表面和成像侧表面可为非球面。在本实施例中，各非球面透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
[0060][0061]
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/r(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径r的倒数)；k为圆锥系数(在表1中已给出)；ai是非球面第i-th阶的修正系数。下表2给出了可用于实施例1中各非球面镜面的高次项系数a4、a6、a8、a10、a12、a14和a16。
[0062][0063]
表3给出实施例1中大景深红外测温镜头的总有效焦距f、各透镜的有效焦距f1至f2以及大景深红外测温镜头的最大半视场角hfov。
[0064][0065]
实施例1中的大景深红外测温镜头满足：
[0066]
f2/f＝1.14，其中，f2为第二透镜l2的有效焦距，f为红外测温镜头的总有效焦距；
[0067]
f2/f1＝0.48，其中，f2为第二透镜l2的有效焦距，f1为第一透镜l1的有效焦距；
[0068]
r4/f＝-2.75，其中，r4为第二透镜l2的成像侧表面s4的曲率半径，f为红外测温镜头的总有效焦距；
[0069] ct1/ct2＝1 ，其中，ct1为第一透镜l1于光轴上的中心厚度，ct2为第二透镜l2于光轴上的中心厚度；
[0070] t12/ct2＝2.52，其中，t12为第一透镜l1和第二透镜l2在光轴上的间隔距离，ct2为第二透镜l2于光轴上的中心厚度；
[0071] d22/d21＝1.12，其中，d21为第二透镜l2的成像侧表面s3的有效半口径，d22为第二透镜l2的像源侧表面s4的有效半口径；
[0072] ttl/f＝1.22，其中，ttl为像源ima至第一透镜l1的成像侧表面s1的轴上距离，f为红外测温镜头的总有效焦距；
[0073] bf/ttl＝0.45，其中，bf为像源面ima至第二透镜l2的像源侧表面s4的轴上距离，ttl为像源面ima至第一透镜l1的成像侧表面s1的轴上距离。
[0074]
图2示出了实施例1的大景深红外测温镜头的焦深变化 时的mtf曲线，其表示不同景深情况下的mtf大小值。根据图2可知，实施例1所给出的大景深红外测温镜头能够在大景深的情况下实现良好的成像品质。
[0075]
实施例2
[0076]
以下参照图3至图4描述根据本实用新型实施例2的大景深红外测温镜头。图3示出了根据本技术实施例2的大景深红外测温镜头的结构示意图。
[0077]
如图3所示，根据本实用新型示例性实施方式的大景深红外测温镜头沿光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜l1、光阑sto和第二透镜l2 。
[0078]
第一透镜l1具有正光焦度，其像源侧表面s1为凸面，成像侧表面s2为凹面；第二透镜l2具有正光焦度，其像源侧表面s3为凹面，成像侧表面s4为凸面。在约9微米至约14微米光波波段中，该大景深红外测温镜头的光线透过率大于70％。
[0079]
表4示出了实施例2的大景深红外测温镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、
材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
[0080][0081]
由表4可知，第二透镜l2 的像源侧表面和成像侧表面可为非球面。在本实施例中，各非球面透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
[0082]
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/r(即，近轴曲率c为上表4中曲率半径r的倒数)；k为圆锥系数(在表1中已给出)；ai是非球面第i-th阶的修正系数。下表5给出了可用于实施例1中各非球面镜面s1-s6的高次项系数a4、a6、a8、a10、a12、a14和a16。
[0083][0084]
表6给出实施例2中大景深红外测温镜头的总有效焦距f、各透镜的有效焦距f1至f2以及大景深红外测温镜头的最大半视场角hfov。
[0085][0086]
实施例2中的大景深红外测温镜头满足：
[0087]
f2/f＝2 .61，其中，f2为第二透镜l2的有效焦距，f为红外测温镜头的总有效焦距；
[0088]
f2/f1＝2.34，其中，f2为第二透镜l2的有效焦距，f1为第一透镜l1的有效焦距；
[0089]
r4/f＝-0.88，其中，r4为第二透镜l2的成像侧表面s4的曲率半径，f为红外测温镜头的总有效焦距；
[0090]
ct1/ct2＝1，其中，ct1为第一透镜l1于光轴上的中心厚度，ct2为第二透镜l2于光轴上的中心厚度；
[0091]
t12/ct2＝2.13，其中，t12为第一透镜l1和第二透镜l2在光轴上的间隔距离，ct2为第二透镜l2于光轴上的中心厚度；
[0092] d22/d21＝1.13，其中，d22为第二透镜l2的成像侧表面s4的有效半口径，d21为第二透镜l2的像源侧表面s3的有效半口径；
[0093]
ttl/f＝1.17，其中，ttl为像源面ima至第一透镜l1的成像侧表面s1的轴上距离，f为红外测温镜头的总有效焦距；
[0094]
bf/ttl＝0.48，其中，bf为像源面ima至第二透镜l2的像源侧表面s4的轴上距离，ttl为像源面ima至第一透镜l1的成像侧表面s1的轴上距离。
[0095]
图4示出了实施例2的大景深红外测温镜头的焦深变化 时的mtf曲线，其表示不同景深情况下的mtf大小值。根据图4可知，实施例2所给出的大景深红外测温镜头能够在大景深的情况下实现良好的成像品质。
[0096]
实施例3
[0097]
以下参照图5至图6描述根据本实用新型实施例3的大景深红外测温镜头。图5示出了根据本技术实施例3的大景深红外测温镜头的结构示意图。
[0098]
如图5所示，根据本实用新型示例性实施方式的大景深红外测温镜头沿光轴由像源侧至成像侧依序包括：第一透镜l1、光阑sto和第二透镜l2 。
[0099]
第一透镜l1具有正光焦度，其像源侧表面s1为凸面，成像侧表面s2为凸面；第二透镜l2具有正光焦度，其像源侧表面s3为凹面，成像侧表面s4为凸面。在约9微米至约14微米光波波段中，该大景深红外测温镜头的光线透过率大于70％。
[0100]
表7示出了实施例3的大景深红外测温镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
[0101][0102]
由表7可知，第一透镜l1和第二透镜l2 的像源侧表面和成像侧表面可为非球面。在本实施例中，各非球面透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
[0103][0104]
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/r(即，近轴曲率c为上表7中曲率半径r的倒数)；k为圆锥系数(在表7中已给出)；ai是非球面第i-th阶的修正系数。下表8给出了可用于实施例3中各非球面镜面s1-s6的高次项系数a4、a6、a8、a10、a12、a14和a16。
[0105][0106]
表9给出实施例2中大景深红外测温镜头的总有效焦距f、各透镜的有效焦距f1至f2以及大景深红外测温镜头的最大半视场角hfov。
[0107][0108]
实施例3中的大景深红外测温镜头满足：
[0109]
f2/f＝1.97，其中，f2为第二透镜l2的有效焦距，f为红外测温镜头的总有效焦距；
[0110]
f2/f1＝1.42，其中，f2为第二透镜l2的有效焦距，f1为第一透镜l1的有效焦距；
[0111]
r4/f＝-0.58，其中，r4为第二透镜l2的成像侧表面s4的曲率半径，f为红外测温镜头的总有效焦距；
[0112]
ct1/ct2＝1，其中，ct1为第一透镜l1于光轴上的中心厚度，ct2为第二透镜l2于光轴上的中心厚度；
[0113]
t12/ct2＝2.16，其中，t12为第一透镜l1和第二透镜l2在光轴上的间隔距离，ct2为第二透镜l2于光轴上的中心厚度；
[0114]
d22/d21＝1.05，其中，d21为第二透镜l2的成像侧表面s3的有效半口径，d22为第二透镜l2的像源侧表面s4的有效半口径；
[0115]
ttl/f＝1.17，其中，ttl为像源面ima至第一透镜l1的成像侧表面s1的轴上距离，f为红外测温镜头的总有效焦距；
[0116]
bf/ttl＝0.46，其中，bf为像源面ima至第二透镜l2的像源侧表面s4的轴上距离，ttl为像源面ima至第一透镜l1的成像侧表面s1的轴上距离。
[0117]
图6示出了实施例3的大景深红外测温镜头的焦深变化 时的mtf曲线，其表示不同景深情况下的mtf大小值。根据图6可知，实施例3所给出的红外测温镜头能够在大景深的情况下实现良好的成像品质。
[0118]
综上，实施例1至实施例3分别满足表10中所示的关系。
[0119][0120]
以上描述仅为本实用新型的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本实用新型中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本实用新型中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。