[发明专利]一种高数值孔径长波红外显微镜头

说明书

本发明涉及一种高数值孔径长波红外显微镜头，该镜头在物平面O和像平面I之间同光轴依次设置有第一、第二、第三、第四、第五、第六透镜；其中第一、第二和第三透镜组合成第一组透镜，第四、第五和第六透镜组合成第二组透镜；第一透镜为弯月正透镜，第二透镜为弯月负透镜，第三透镜为弯月正透镜；第四透镜为弯月正透镜，第五透镜为弯月负透镜，第六透镜为弯月正透镜；第一组三个透镜均物侧面为凹面，另一侧为凸面；第二组三个透镜均物侧面为凸面，另一侧为凹面。本发明能够实现对目标的近距离红外成像，数值孔径可高达0.65，克服了传统长波红外镜头难以实现近距离高清晰度成像、分辨率受数值孔径限制严重的问题。

技术领域

本发明属于镜头技术领域，涉及一种工作于长波红外波段的具有高数值孔径的显微镜头。

背景技术

红外热像仪可以将物体发出的热辐射能量转化为电子信号，继而获取物体的温度分布信息。当电流通过电子元件时，部分电能会转化为内能，产生或强或弱的发热现象。在很多情况下，通过电子元件的发热情况可以评估电路的效率或进行故障的诊断，这时热红外显微镜便成为必不可少的工具。由于长波红外探测器价格通常远低于中波红外探测器，因此长波红外显微镜具有更高的价格优势而备受青睐。

随着半导体器件、印刷电路板等器件技术和工艺水平的不断提升，电路板上器件尺寸越来越小，密度越来越大，器件之间的连接点也越来越小，这给热像仪成像系统带来很大挑战。普通的长波红外成像镜头，由于工作距离和放大倍率的限制，无法在近距离高性能地成像，不能分辨出一般电路板元件的温度分布细节；又由于常用长波红外镜头的数值孔径往往在0.3～0.5之间，爱里斑直径计算公式为：

D_Airy＝1.22λ/NA

其中D_Airy为爱里斑直径，λ为工作波长，NA是镜头的数值孔径。对于10μm的长波红外工作波长，NA＝0.5时，爱里斑直径为24.4μm，而目前主流的红外探测器像元尺寸为17μm×17μm。也就是说，目前数值孔径对长波红外显微镜的衍射限制是影响图像分辨率的首要因素。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种高数值孔径长波红外显微镜头，该镜头能够克服现有长波红外镜头成像放大倍率低、数值孔径偏小的问题，有助于获取电路板等物体微小细节处的热红外图像。

为了解决上述技术问题，本发明的高数值孔径长波红外显微镜头，在物平面和像平面之间同光轴依次设置有第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜，第六透镜；其中第一透镜、第二透镜和第三透镜组合成第一组透镜，第四透镜、第五透镜和第六透镜组合成第二组透镜；第一透镜为弯月正透镜，第二透镜为弯月负透镜，第三透镜为弯月正透镜；第四透镜为弯月正透镜，第五透镜为弯月负透镜，第六透镜为弯月正透镜；第一组三个透镜均物侧面为凹面，另一侧为凸面；第二组三个透镜均物侧面为凸面，另一侧为凹面。

所述的第一组透镜和第二组透镜的组合焦距范围均在25mm～35mm，且这两组透镜焦距相同，能够实现1:1的放大倍率。

所述的第一透镜、第三透镜、第四透镜和第六透镜均采用单晶锗材料；所述的第二透镜和第五透镜采用硒化锌材料。通过这种材料组合，能够实现第一组透镜和第二组透镜分别校正轴向色差，且两组透镜组合校正垂轴色差。

各透镜表面采用球面或非球面。

进一步，六个透镜光学表面的曲率半径、透镜的厚度及相邻透镜的间隔如下表，表中R_i表示第i个光学表面的曲率半径，i＝1,2，…，12；t_j表示第j个透镜的厚度，j＝1,2，…，6；d_n表示第n个透镜后表面到下一透镜前表面的空气间隔，n＝1,2，…，5，D6表示第六透镜6的后表面到探测器像面的距离：

表1