CN104330871B - 一种短波红外望远镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短波红外望远镜头。本发明的望远镜头构成为，从物体侧起顺次配置的如下光学元件：具有正光焦度的第一透镜群；具有负光焦度的第二透镜群；具有正光焦度的第三透镜群。第二透镜群由单体的透镜元件构成。而且，在调焦时所述第二透镜群沿着光轴移动，所述第一透镜群和第三透镜群相对于成像面被固定。本发明能够提供一种小型，轻量，大口径，高分辨率，并具有优异的成像性能的内对焦方式的短波红外超望远镜头。

Description

一种短波红外望远镜头

技术领域

本发明涉及一种红外望远镜头，具体涉及一种适用于短波红外波段(0.9～1.7μm)光学成像镜头。

背景技术

短波红外波段(0.9～1.7μm)的光由于超出可见光光谱范围不能被人眼直接观察，但是其与物体的相互作用同可见光相同。相较于只有在冷背景下才能探测到温暖物体的热成像仪，利用短波红外的反射光所成的像具有阴影和反差，其图像的分辨率和细节可同可见光向媲美。另外，由于夜间天空辐射亮度的大气现象所发出的光照度几乎都处于短波红外波段，短波红外成像系统在无月光的夜间同样能够清楚地探测到物体。这种昼夜成像性能是其他成像系统所不具备的。随着边防海防的对远端物体的探测和分辨需求越来越高，大口径，高分辨率的短波红外成像系统成为必须的工具。

【先行技术文献】

【专利文献】公开号CN1383021A

【专利文献】JP特开平11-326754

就文献1所示的光学系统而言，虽然在反射系统中引入折射系统消除色差，达到大口径、超望远的短波红外成像，但是由于需要安装折射和探测器系统，造成主反射镜中心部的开口过大，使一部分视场缺失，无法有效观测。另一方面，该光学系统没有内调焦系统，无法对不同物距的物体进行动态观察。出于以上的理由，专利文献1所公开的折反射系统，不适合近年来所要求的大口径，高分辨率，动态观察等技术目标。

就专利文献2所公开的光学系统而言，虽然达到大口径、内调焦的超望远系统，但是由于孔径光阑位置在系统的尾部，造成第一透镜群的尺寸过大，整个系统的重量过重，不符合今年来小型化，轻量化的要求。另外次系统只能满足可见光成像，不能满足短波红外的成像性能指标。

发明内容

本发明中，为了消除上述现有技术的问题点，其目的在于提供一种小型，轻量，大口径，高分辨率，并具有优异的成像性能的内对焦方式的短波红外超望远镜头。

为了解决上述课题且达到目的，本发明的望远镜头，其特征在于，具有从物体侧起顺次配置的如下光学元件：具有正光焦度的第一透镜群；具有负光焦度的第二透镜群；具有正光焦度的第三透镜群，在调焦时所述第二透镜群沿着光轴移动，所述第一透镜群和第三透镜群相对于成像面被固定。

根据本发明，能够提供一种大口径，高分辨率，并具有优异的成像性能的内对焦方式的短波红外超望远镜头。

此外，本发明的望远镜头，根据所述发明，其中孔径光阑被配置在所述第一透镜群和所述第二透镜群之间。

根据本发明，能够提供一种小型，轻量，并具有优异的成像性能的内对焦方式的短波红外超望远镜头。

此外，本发明的望远镜头，根据所述发明，其中满足以下条件式(1)

0＜F/F₁₂≤0.6，

其中F表示光学系统的全系统焦距，F₁₂表示所述第一透镜群和所述第二透镜群的合成焦距。

根据本发明，在光学系统的小型化的同时，能够使成像性能提高。

此外，本发明的望远镜头，根据所述发明，第一透镜群中至少有一枚具有负折射力的透镜单元满足以下条件式(2)

ν_1.3≤60，

ν_1.3定义为ν_1.3＝(n_1.3-1)/(n_1.6-n_1.0),

其中n_1.3,n_1.6,n_1.0分别为波长1.3μm，1.6μm，1.0μm时玻璃的折射率

根据本发明，在在提高光学系统的焦距和口径比的同时，能够使成像性能提高。

根据本发明所起到的效果是，能够提供一种小型，轻量，大口径，高分辨率，并具有优异的成像性能的内对焦方式的短波红外超望远镜头。

附图说明

图1是表示实施例1的望远镜头的结构的沿光轴的剖面图。

图2是实施例1的望远镜头的无限远合焦状态的诸像差图。

图3是实施例1的望远镜头的拍摄倍率0.025合焦状态的诸像差图。

图4是实施例1的望远镜头的最近距离合焦状态的诸像差图。

图5是表示实施例2的望远镜头的结构的沿光轴的剖面图。

图6是实施例2的望远镜头的无限远合焦状态的诸像差图。

图7是实施例2的望远镜头的拍摄倍率0.025合焦状态的诸像差图。

图8是实施例2的望远镜头的最近距离合焦状态的诸像差图。

图9是表示实施例3的望远镜头的结构的沿光轴的剖面图。

图10是实施例3的望远镜头的无限远合焦状态的诸像差图。

图11是实施例3的望远镜头的拍摄倍率0.025合焦状态的诸像差图。

图12是实施例3的望远镜头的最近距离合焦状态的诸像差图。

图13是表示实施例4的望远镜头的结构的沿光轴的剖面图。

图14是实施例4的望远镜头的无限远合焦状态的诸像差图。

图15是实施例4的望远镜头的拍摄倍率0.025合焦状态的诸像差图。

图16是实施例4的望远镜头的最近距离合焦状态的诸像差图。

符号说明

G₁₁G₂₁G₃₁G₄₁ 第一透镜群

G₁₂G₂₂G₃₂G₄₂ 第二透镜群

G₁₃G₂₃G₃₃G₄₃ 第三透镜群

L₁₁₁L₁₁₂L₁₃₁L₂₁₁L₂₁₂L₂₃₁L₃₁₁L₃₁₂L₃₃₁ 正透镜

L₁₁₃L₁₂₁L₂₁₃L₂₂₁L₃₁₃L₃₂₁ 负透镜

IMG 成像面

ST 孔径光阑

具体实施方式

以下，根据实施例及附图对本发明作进一步的详细说明：

本发明的定焦镜头，包括从物体侧起顺次配置的如下透镜群而被构成：具有正光焦度的第一透镜群；具有负光焦度的第二透镜群；具有正光焦度的第三透镜群，在调焦时所述第二透镜群沿着光轴移动，所述第一透镜群和第三透镜群相对于成像面被固定。

如专利文献2所述，为了达到从无穷远至近距离保持良好的成像性能，在调焦过程中第三透镜群所产生的球像差保持一定值，故将第一透镜群与第二透镜群的合成焦距设计成无穷远(Afocal)，第三透镜群的入射高度保持不变。但是，为了减轻调焦群的重量，降低调焦结构的机械负担，不得不增加第一透镜群和第二透镜群之间的间隔，确保第二透镜群的入射光线高度足够低。这样就造成了镜头尺寸大，不利于小型化。本发明的透镜群，通过增加第一透镜群和第二透镜群的合成光焦度，降低第一透镜群和第二透镜群之间间隔，从而达到光学系统的小型化。

另外，本发明的望远镜头中，优选在所述第一透镜群和第二透镜群之间配置孔径光阑。通过如此，入射光瞳更靠近物体侧，则第一透镜群的口径小。若将孔径光阑配置在第二透镜群之后，则入射光瞳过于靠近像侧，因此不得不增加第一透镜群的口径。如果透镜的口径扩大，则透镜重量也增大，因此不为优选。

通过具有以上这样的特征，能够实现小型，轻量，超望远的定焦镜头。

此外，在本发明中，为了实现具有更良好的成像性能的望远镜头，除了上述特征外还设定一下所示的各种条件式。

首先，在本发明的定焦镜头中，所述第一透镜群和所述第二透镜群的合成焦距设为F₁₂，光学系统的全系统焦距设为F时，优先满足下面的条件式。

(1)0＜F/F12≤0.6

条件式(1)规定了第三透镜群的光线入射角度。本发明的光学系统，通过满足条件式(1)，能够维持良好的成像性能。若在条件式下限，则第一透镜群和第二透镜群的合成焦距为无穷大，其结果是光学系统的总长延长，因此不是优选。另一方面，若在条件式(1)中超过其上限，则所述第一透镜群和第二透镜群的光焦度过大，产生像差难以靠第三透镜群修正，因此不是优选。

还有，若上述条件式(1)满足以下所示范围，则能期待更优选的结果

(1)’0＜F/f12≤0.3

通过满足该条件式(1)’所规定的范围，能够在既不延长光学总长的条件下，实现成像性能的进一步提高。

此外，在本发明的定焦镜头中，第一透镜群的入射光线高，所以产生的轴上色像差需要单独修正，因此第一透镜群中至少有一枚负透镜单元满足以下条件式

(2)ν_1.3≤60，ν_1.3＝(n_1.3-1)/(n_1.6-n_1.0),

n_1.3,n_1.6,n_1.0分别为波长1.3μm，1.6μm，1.0μm时玻璃的折射率

条件式(2)规定了负透镜在近红外波段的阿贝数，由该条件式(2)规定的值，决定了第一透镜群后的轴上色像差，是影响成像性能的重要因素。在条件式(2)中，若超过其上限，则光学材料的色散较小，不足以修正由正透镜所产生的轴上色像差，导致成像性能的劣化，因此不为优选。

还有若上述条件式(2)满足以下范围，则能够期待更优选的效果。

(2)ν_1.3≤47，ν_1.3＝n_1.3-1/(n_1.6-n_1.0),

通过满足该条件式(2)’所规定的范围，能够在不延长光学总长的条件下，实现成像性能的进一步提高。

如以上说明，根据本发明，能够实现小型，轻量，望远，且成像性能优异的内对焦方式的定焦镜头。特别是孔径光阑被配置在第一透镜群与第二透镜群之间，能够减小第一透镜群的光学孔径，减轻第一透镜群的重量。此外，通过满足上述各条件式，能够实现更小型化且具有更优异的成像性能的内对焦式的定焦镜头。

以下，基于附图详细说明本发明的定焦镜头的实施例。还有，以下实施例不限定本发明。

实施例1

图1是表示实施例1的定焦镜头的结构的沿光轴的剖面图。该定焦镜头其构成为，从图示的物体侧顺次配置有如下透镜群：具有正光焦度的第一透镜群G11；具有负光焦度的第二透镜群G12；具有正光焦度的第三透镜群G13。另外，在第一透镜群G11和第二透镜群G12之间，配置有规定了预定的口径的孔径光阑ST。

第一透镜群G11其构成为，从所述物体侧起顺次配置有正透镜L111，正透镜L112，负透镜L113。还有，第一透镜群G11被固定，在调焦时不移动。

就第二透镜群G12而言，其由负透镜L121构成。通过第二透镜群G12沿着光轴从物体侧向成像面IMG侧移动，进行从无穷远合焦状态至最近合焦状态为止的调焦。

第三透镜群G13其构成为，从所述物体侧起顺次配置有正透镜L131，负透镜L132，正透镜L131和负透镜L132被胶合。该第三透镜群G13也被固定，在调焦时不移动。

以下，示出关于实施例1的定焦镜头的各种数值数据。

(光学系统的基本数据)

(调焦数据)

实施例2

图5是表示实施例2的定焦镜头的结构的沿光轴的剖面图。该定焦镜头其构成为，从图示的物体侧顺次配置有如下透镜群：具有正光焦度的第一透镜群G21；具有负光焦度的第二透镜群G22；具有正光焦度的第三透镜群G23。另外，在第一透镜群G21和第二透镜群G22之间，配置有规定了预定的口径的孔径光阑ST。

第一透镜群G21其构成为，从所述物体侧起顺次配置有正透镜L211，正透镜L212，负透镜L213。还有，第一透镜群G21被固定，在调焦时不移动。

就第二透镜群G22而言，其由负透镜L221构成。通过第二透镜群G22沿着光轴从物体侧向成像面IMG侧移动，进行从无穷远合焦状态至最近合焦状态为止的调焦。第三透镜群G23其构成为，从所述物体侧起顺次配置有正透镜L231，负透镜L232。该第三透镜群G23也被固定，在调焦时不移动。以下，示出关于实施例2的定焦镜头的各种数值数据。

(调焦数据)

(光学系统的基本数据)

实施例3

图9是表示实施例3的定焦镜头的结构的沿光轴的剖面图。该定焦镜头其构成为，从图示的物体侧顺次配置有如下透镜群：具有正光焦度的第一透镜群G31；具有负光焦度的第二透镜群G32；具有正光焦度的第三透镜群G33。另外，在第一透镜群G31和第二透镜群G32之间，配置有规定了预定的口径的孔径光阑ST。

第一透镜群G31其构成为，从所述物体侧起顺次配置有正透镜L311，正透镜L312，负透镜L313。还有，第一透镜群G31被固定，在调焦时不移动。

就第二透镜群G32而言，其由负透镜L321构成。通过第二透镜群G32沿着光轴从物体侧向成像面IMG侧移动，进行从无穷远合焦状态至最近合焦状态为止的调焦。

第三透镜群G33其构成为，从所述物体侧起顺次配置有正透镜L331，负透镜L332，正透镜L331和负透镜L332被胶合。该第三透镜群G33也被固定，在调焦时不移动。

以下，示出关于实施例3的定焦镜头的各种数值数据。

(光学系统的基本数据)

(调焦数据)

实施例4

图13是表示实施例4的定焦镜头的结构的沿光轴的剖面图。该定焦镜头其构成为，从图示的物体侧顺次配置有如下透镜群：具有正光焦度的第一透镜群G41；具有负光焦度的第二透镜群G42；具有正光焦度的第三透镜群G43。另外，在第一透镜群G41和第二透镜群G42之间，配置有规定了预定的口径的孔径光阑ST。

第一透镜群G41其构成为，从所述物体侧起顺次配置有正透镜L411，正透镜L412，负透镜L413。还有，第一透镜群G41被固定，在调焦时不移动。就第二透镜群G42而言，其由负透镜L421构成。通过第二透镜群G42沿着光轴从物体侧向成像面IMG侧移动，进行从无穷远合焦状态至最近合焦状态为止的调焦。第三透镜群G43其构成为，从所述物体侧起顺次配置有正透镜L431，负透镜L432，正透镜L431和负透镜L432被胶合。该第三透镜群G43也被固定，在调焦时不移动。以下，示出关于实施例4的定焦镜头的各种数值数据。

(调焦数据)

(光学系统的基本数据)

各实施例的条件式计算值的一览表如下：

Claims (3)

1.一种短波红外望远镜头，它由三组透镜群构成，其特征在于：

具有从物体侧起顺次配置的如下光学元件：具有正光焦度的第一透镜群；具有负光焦度的第二透镜群；具有正光焦度的第三透镜群，在调焦时所述第二透镜群沿着光轴移动，所述第一透镜群和第三透镜群相对于成像面被固定；其中所述的第一透镜群中至少有一枚具有负折射力的透镜单元满足以下的条件式

ν_1.3≤60，

ν_1.3定义为ν_1.3＝(n_1.3-1)/(n_1.6-n_1.0)，n_1.3,n_1.6,n_1.0分别为波长1.3μm，1.6μm，1.0μm时玻璃的折射率。

2.根据权利要求1所述的一种短波红外望远镜头，其特征在于:孔径光阑被配置在所述第一透镜群和所述第二透镜群之间。

3.根据权利要求1所述的一种短波红外望远镜头，其特征在于，

所述的短波红外望远镜头满足以下的条件式:

0＜F/F₁₂≤0.6，

其中F表示短波红外望远镜头光学系统的全系统焦距，F₁₂表示所述第一透镜群和所述第二透镜群的合成焦距。