CN104991333A - 大变倍比红外变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大变倍比红外变焦镜头。该红外变焦镜头以物方至像方为序依次有第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组。所述第二透镜组和所述第四透镜组沿光轴移动而进行变倍调焦，所述第一透镜组和第三透镜组相对于成像面被固定。该发明所起到的效果是：提供大变倍比的同时，使用镜片少，结构紧凑，透过率高，易于装调，并且在整个变焦过程中镜头的F数保持恒定不变而整个光学系统灵敏度高，成像性能好。

Description

大变倍比红外变焦镜头
技术领域
本发明涉及一种红外变焦镜头，特别涉及一种大变倍比红外变焦镜头。
背景技术
由于穿透能力好，可以全天候应用等优点，红外技术是夜视技术中最具优势的一种。尽管非制型冷热像仪相对于制冷型热像仪而言其敏感性稍差，但是由于其体积小、重量轻等优点，近年来迅速发展成为热成像市场的主流。然而非制冷型热像仪所需光学系统的F数大，对应镜头的口径也大，因受限于变焦镜头的像差校正困难，现行产品大多为定焦镜头。近年来虽然有一些变焦镜头的设计，例如文献1(CN 202204980 U)或文献2(CN 203385929 U)所示的红外变焦系统，虽然实现了5倍或6倍的光学变焦功能，但是由于透镜数量多，不可避免地造成光学透过率低。且镜头的体积偏大，造成成本高等问题。另一方面，例如文献3(CN102193170 B)所示的红外变焦系统，虽然实现了透镜片数少，镜筒轻量化等功能，但变倍比过低，不适合大视场观察。
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大变倍比，结构紧凑，透过率高，易于装调并具有优异的成像性能的大变倍比红外变焦镜头。
为了解决上述课题且达到目的，本发明的大变倍比红外变焦镜头，以物方至像方为序依次有第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，其特征在于：所述的第二透镜组和第四透镜组为变倍调焦镜组，所述的第一透镜组和第三透镜组为固定镜组；
所述的大变倍比红外变焦镜头满足下述条件式
f3/fw>4.0               (1)
(d1t-d1w)/(ft-fw)<1.0                 (2)
其中，f3为所述第三透镜组的焦距，fw为整个系统的广角端焦距，ft为整个系统的望远端焦距，d1t为所述第一透镜组和所述第二透镜组在望远端的间距，d1w为所述第一透镜组和所述第二透镜组在广角端的间距
在大变倍比红外变焦系统中，为了满足从广角端到望远端保持良好的成像性能，要求第三透镜组能够对第一透镜组和第二透镜组在各个焦距所产生的像差都能达到良好的校正效果。条件式(1)是大变倍比变焦系统为了校正像差所必备的条件。如果超过条件式(1)的下限，会导致广角端球差校正过度的问题。
条件式(2)不仅能使整个镜头系统小型化，还能使球面像差及像面弯曲在变焦区域内变小的条件。如果超过条件式(2)的上限时，会导致慧差增加而性能低下的问题。
其他的实施特征在于，所述第一透镜组、第三透镜组和第四透镜组具有正光焦度，所述第二透镜组具有负光焦度。
从上述结构可以看出，当大变倍比红外变焦系统从广角端向望远端变化时，第一透镜组保持固定，即第一透镜组的像面与焦平面之间距离保持固定不动。第二透镜组沿光轴朝像侧移动过程中，与第一透镜组之间的距离发生变化，达到改变合成焦距的作用。第三透镜组和孔径光阑与焦平面之间距离保持固定不动，不仅能够有效低校正变焦过程中的各类像差，而且能够保证光学变焦过程中的镜头的F数能够有效地恒定不变，不产生明暗变化，提高整个光学系统的灵敏度。第四透镜组作为调焦组，用于调整剩余离轴量，并且还具有在一定温度变化范围内补偿像面离焦作用。
其他的实施特征在于，所述第一透镜组，第二透镜组，第三透镜组，第四透镜组均由锗透镜构成且各透镜组中至少有一个透镜组为单片透镜组。
较于硫化锌等其他红外光学材料，锗透镜具有折射率高，加工容易，以及色散小等优点。因此为了满足大变倍比红外变焦系统的结构紧凑，重量轻，温度范围大等要求锗材料被优先考虑。
其他的实施特征在于，所述的第二透镜组中离像方最近的透镜面上含有衍射面。
当变倍比较大，望远端焦距过长的情况下，望远端的色差校正达不到要求，此时需要添加衍射面，利用光学衍射效果对大变倍比红外变焦系统的望远端色差进行校正。
根据本发明所起到的效果是：提供大变倍比的同时，使用镜片少，结构紧凑，透过率高，易于装调；而且在整个变焦过程中镜头的F数保持恒定不变而整个光学系统灵敏度高，成像性能好。
附图说明
图1是表示实施例1的红外变焦镜头广角端(a)及望远端(b)的沿光轴的剖面图。
图2是实施例1的红外变焦镜头广角端的诸像差图。
图3是实施例1的红外变焦镜头望远端的诸像差图。
图4是表示实施例2的红外变焦镜头广角端(a)及望远端(b)的沿光轴的剖面图。
图5是实施例2的红外变焦镜头广角端的诸像差图。
图6是实施例2的红外变焦镜头望远端的诸像差图。
图7是表示实施例3的红外变焦镜头广角端(a)及望远端(b)的沿光轴的剖面图。
图8是实施例3的红外变焦镜头广角端的诸像差图。
图9是实施例3的红外变焦镜头望远端的诸像差图。
图10是表示实施例4的红外变焦镜头广角端(a)及望远端(b)的沿光轴的剖面图。
图11是实施例4的红外变焦镜头广角端的诸像差图。
图12是实施例4的红外变焦镜头望远端的诸像差图。
图13是表示实施例5的红外变焦镜头广角端(a)及望远端(b)的沿光轴的剖面图。
图14是实施例5的红外变焦镜头广角端的诸像差图。
图15是实施例5的红外变焦镜头望远端的诸像差图。
符号说明
G11G21G31G41G51第一透镜组
G12G22G32G42G52第二透镜组
G13G23G33G43G53第三透镜组
IMG成像面
ST孔径光阑
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明的大变倍比红外变焦镜头的实施例。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的大变倍比红外变焦镜头的沿光轴的剖面图。该变焦镜头其构成为，从图示的物体侧顺次配置有如下透镜组：第一透镜组G11、第二透镜组G12、第三透镜组G13、第四透镜组G14，所述第二透镜组G12和所述第四透镜组G14沿光轴移动而进行变倍调焦，所述第一透镜组G11和第三透镜组G13相对于成像面被固定。
以下，示出关于实施例1的变焦红外镜头的各种数值数据。
(光学系统的基本数据)
(变焦数据)
广角端 望远端
焦距 12 120
D1 6 61
D2 55 1
D3 70 69
D4 8 9
透镜类型标“非球面”的为非球面表面。非球面形状的表达式用下面的方程式表示，其中，垂直于光轴的高度为H，以透镜面顶部为原点时高度H在光轴方向的矢位量为X(H)，面顶部曲率半径为R，科尼系数为K，2次非球面系数为A，4次非球面系数为B，6次非球面系数为C，8次非球面系数为D，10次非球面系数为E。
X = H 2 / R 1 + 1 - ( K + 1 ) H 2 R 2 + AH 2 + BH 4 + CH 6 + DH 8 + EH 10
(非球面数据)
面序号 K B C D E
S2 +0.0 +4.0E-08 -2.0E-12 +5.1E-17 +8.1E-21
S3 +0.0 -6.9E-06 +1.8E-08 -1.2E-11 -1.6E-14
S4 +0.0 -1.0E-05 +1.6E-08 +1.1E-11 -7.1E-14
S8 +0.0 +2.3E-07 +9.3E-10 -4.8E-12 +8.8E-15
S9 +0.0 -1.3E-06 +6.8E-09 -6.5E-12 -5.2E-14
S10 +0.0 -2.1E-06 +2.6E-08 -1.1E-10 +9.7E-14
(衍射面数据)
面序号 C1 C2 C3 C4 C5
S4 0.0 -2.7E-06 +2.1E-08 -6.3E-11 +7.0E-14
实施例2
图4是表示实施例2的大变倍比红外变焦镜头的沿光轴的剖面图。该变焦镜头其构成为，从图示的物体侧顺次配置有如下透镜组：第一透镜组G21、第二透镜组G22、第三透镜组G23、第四透镜组G24，所述第二透镜组G22和所述第四透镜组G24沿光轴移动而进行变倍调焦，所述第一透镜组G21和第三透镜组G23相对于成像面被固定以下，示出关于实施例2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)
广角端 望远端
焦距 11 108
D1 13 105
D2 93 1
D3 42 42
D4 9 9
(非球面数据)
面序号 K B C D E
S2 +0.0 +1.1E-08 -2.8E-13 -2.6E-18 +1.8E-21
S3 +0.0 -7.1E-06 +1.6E-08 -2.0E-11 +9.7E-15
S4 +0.0 -8.0E-06 +1.7E-08 -2.3E-11 +1.2E-14
S8 +0.0 +6.1E-07 -4.5E-10 +4.5E-12 -1.4E-14
S9 +0.0 +1.2E-06 +2.8E-10 -3.8E-11 +1.9E-13
S10 +0.0 +3.7E-06 -4.5E-09 -4.6E-11 +4.4E-13
实施例3
图7是表示实施例3的大变倍比红外变焦镜头的沿光轴的剖面图。该变焦镜头其构成为，从图示的物体侧顺次配置有如下透镜组：第一透镜组G31、第二透镜组G32、第三透镜组G33、第四透镜组G34，所述第二透镜组G32和所述第四透镜组G34沿光轴移动而进行变倍调焦，所述第一透镜组G31和第三透镜组G33相对于成像面被固定
以下，示出关于实施例3的定焦镜头的各种数值数据。
(调焦数据)
广角端 望远端
焦距 11 108
D1 13 105
D2 93 1
D3 42 42
D4 9 9
(光学系统的基本数据)
(非球面数据)
面序号 K B C D E
S2 +0.0 +8.4E-09 -9.7E-14 -1.3E-17 +1.7E-21
S3 +0.0 -7.1E-06 +1.8E-08 -1.7E-11 +5.1E-15
S4 +0.0 -7.5E-06 +1.4E-08 -6.4E-12 -3.0E-15
S8 +0.0 +1.3E-06 +1.1E-09 -6.4E-12 +2.7E-14
S9 +0.0 -3.9E-06 -5.4E-09 -2.0E-11 -3.0E-14
S10 +0.0 -3.9E-06 -3.6E-09 -2.9E-11 +3.4E-15
(衍射面数据)
面序号 C1 C2 C3 C4 C5
S4 0.0 -1.9E-06 +1.2E-08 -2.4E-11 +1.6E-14
实施例4
图10是表示实施例4的大变倍比红外变焦镜头的沿光轴的剖面图。该变焦镜头其构成为，从图示的物体侧顺次配置有如下透镜组：第一透镜组G41、第二透镜组G42、第三透镜组G43、第四透镜组G44，所述第二透镜组G42和所述第四透镜组G44沿光轴移动而进行变倍调焦，所述第一透镜组G41和第三透镜组G43相对于成像面被固定。
以下，示出关于实施例4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)
广角端 望远端
焦距 18 120
D1 34 105
D2 72 1
D3 38 38
D4 20 20
(非球面数据)
面序号 K B C D E
S2 +0.0 +3.0E-09 +8.8E-15 +8.4E-18 -9.3E-22
S3 +0.0 -7.9E-06 +1.6E-08 -8.8E-12 -4.4E-17
S4 +0.0 -8.6E-06 +1.6E-08 -7.7E-12 -2.6E-16
S8 +0.0 +9.3E-07 +7.8E-10 -1.5E-12 +2.6E-15
S9 +0.0 +2.6E-06 +1.3E-08 -2.4E-11 +3.6E-14
S10 +0.0 +4.3E-06 +1.7E-08 -3.8E-11 +5.1E-14
实施例5
图13是表示实施例5的大变倍比红外变焦镜头的沿光轴的剖面图。该变焦镜头其构成为，从图示的物体侧顺次配置有如下透镜组：第一透镜组G51、第二透镜组G52、第三透镜组G53、第四透镜组G54，所述第二透镜组G52和所述第四透镜组G54在光轴移动而进行变倍调焦，所述第一透镜组G51和第三透镜组G53相对于成像面被固定。
以下，示出关于实施例5的变焦红外镜头的各种数值数据。
(光学系统的基本数据)
(变焦数据)
广角端 望远端
焦距 10 140
D1 14 77
D2 64 1
D3 41 47
D4 15 9
(非球面数据)
面序号 K B C D E
S2 +0.0 +3.0E-09 +8.8E-15 +8.4E-18 -9.3E-22
S3 +0.0 -7.9E-06 +1.6E-08 -8.8E-12 -4.4E-17
S4 +0.0 -8.6E-06 +1.6E-08 -7.7E-12 -2.6E-16
S8 +0.0 +9.3E-07 +7.8E-10 -1.5E-12 +2.6E-15
S9 +0.0 +2.6E-06 +1.3E-08 -2.4E-11 +3.6E-14
S10 +0.0 +4.3E-06 +1.7E-08 -3.8E-11 +5.1E-14
(衍射面数据)
面序号 C1 C2 C3 C4 C5
S4 +0.0000 -3.0E-06 +2.1E-08 -4.9E-11 +3.8E-14
各实施例的条件式计算值如表1所示
表1
条件式(1) 条件式(2)
实施例(1) 4.37 0.50
实施例(2) 5.00 0.95
实施例(3) 7.45 0.82
实施例(4) 4.10 0.70
实施例(5) 6.83 0.49

Claims (5)

1.一种大变倍比红外变焦镜头，以物方至像方为序依次有第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，其特征在于：所述的第二透镜组和第四透镜组为变倍调焦镜组，所述的第一透镜组和第三透镜组为固定镜组；
所述的大变倍比红外变焦镜头满足下述条件式
f3/fw>4.0                        (1)
(d1t-d1w)/(ft-fw)<1.0            (2)
其中，f3为所述第三透镜组的焦距，fw为整个系统的广角端焦距，ft为整个系统的望远端焦距，d1t为所述第一透镜组和所述第二透镜组在望远端的间距，d1w为所述第一透镜组和所述第二透镜组在广角端的间距。
2.根据权利要求1所述的一种大变倍比红外变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组、第三透镜组和第四透镜组具有正光焦度。
3.根据权利要求1所述的一种大变倍比红外变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜组具有负光焦度。
4.根据权利要求1所述的一种大变倍比红外变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组，第二透镜组，第三透镜组和第四透镜组均由锗透镜构成，各透镜组中至少有一个透镜组为单片透镜组。
5.根据权利要求1所述的一种大变倍比红外变焦镜头，其特征在于，所述的第二透镜组中离像方最近的透镜面上含有衍射面。
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