CN107479171B - 长波红外变焦镜头 - Google Patents

长波红外变焦镜头 Download PDF

Info

Publication number
CN107479171B
CN107479171B CN201710756630.5A CN201710756630A CN107479171B CN 107479171 B CN107479171 B CN 107479171B CN 201710756630 A CN201710756630 A CN 201710756630A CN 107479171 B CN107479171 B CN 107479171B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
focal length
long
object side
infrared zoom
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710756630.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107479171A (zh
Inventor
朱光春
任和齐
李雪健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Sunny Infrared Technologies Co Ltd
Original Assignee
Ningbo Sunny Infrared Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Sunny Infrared Technologies Co Ltd filed Critical Ningbo Sunny Infrared Technologies Co Ltd
Priority to CN201710756630.5A priority Critical patent/CN107479171B/zh
Publication of CN107479171A publication Critical patent/CN107479171A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107479171B publication Critical patent/CN107479171B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/0045—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having five or more lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/008—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras designed for infrared light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

本发明涉及一种长波红外变焦镜头，包括：五个透镜，沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述透镜有至少两片采用较低热膨胀系数的红外材料；所述透镜具有至少一个衍射面。采用较低热膨胀系数的红外材料，使得透镜受温度变化的影响减小，降低了透镜随温度变化而产生的像面漂移现象。透镜的热膨胀系数小，透镜自身从而具有消热差的性能，从而保证了本发明的长波红外变焦镜头能够在温度变化的大环境中使用。同时，由于镜片自身具有消热差的性能，减小透镜之间的调节距离就可实现本发明的镜头的无热化性能，对于减小本发明的长波红外变焦镜头的体积也起到了有益效果。

Description

长波红外变焦镜头
技术领域
本发明涉及一种镜头，尤其涉及一种长波红外变焦镜头。
背景技术
红外热成像镜头由于成像原理不同于可见光，利用被测物体自身热辐射成像，使其使用不受外界环境干扰，可在雨雪、雾霾、大雾等恶劣环境下使用。随着近几年半导体技术的不断进步，非制冷探测器通过缩小像元尺寸和提高灵敏度，成本不断下降，用范围越来越广泛，使得红外热成像系统逐步由军用向民用发展。
普通连续变焦镜头通过变倍组跟补偿组的移动来改变焦距，达到不同距离的观察，但是也存在一个缺点，就是由于红外材料自身的热膨胀系数大，温度对其影响严重，在不同温度环境下使用时，容易产生像面漂移现象，使成像面模糊，成像质量差，更为严重的甚至无法成像。中国专利CN201510148313.6公开了一种红外连续变焦无热化方法及红外连续变焦系统。其中，通过改变变焦组和补偿组的初始位置实现光学系统的无热化性能，而且只保证了变焦曲线的无热化性能。由于不具有被动消热差功能，导致其体积较大，使用环境温度变化范围小。
另外，现有的红外连续变焦镜头因为光学系统中各个透镜的排布以及焦距设置，使其不具备超广视场角，拍摄范围局限。同时，拍摄范围内物体的细节不能够被清晰的表现出来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长波红外变焦镜头，能够在温度变化大的环境保持清晰成像。
本发明的另一个目的在于提供一种长波红外变焦镜头，具有超广视场角。
为实现上述发明目的，本发明提供一种长波红外变焦镜头，包括：沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜五个透镜；所述透镜有至少两片采用较低热膨胀系数的红外材料；
五个所述透镜中至少一个透镜具有至少一个衍射面。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜为负光焦度透镜；
所述第二透镜为负光焦度透镜；
所述第三透镜为正光焦度透镜；
所述第四透镜为负光焦度透镜；
所述第五透镜为正光焦度透镜。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜为物侧面凸，像侧面凹的透镜；
所述第二透镜为物侧面凹，像侧面凸的透镜；
所述第三透镜为物侧面凸，像侧面凸的透镜；
所述第四透镜为物侧面凹，像侧面凸的透镜；
所述第五透镜为物侧面凸，像侧面凸的透镜。
根据本发明的一个方面，所述衍射面为一个，且设置于所述第四透镜的物侧面上。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜像侧面为非球面；
所述第二透镜物侧面为非球面；
所述第四透镜物侧面为非球面；
所述第五透镜物侧面为非球面。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜的材料为单晶锗玻璃，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜的材料均为采用硫系玻璃。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜和所述第三透镜之间还设有光阑；
所述光阑设置于所述第三透镜的物侧面上。
根据本发明的一个方面，所述镜头满足：0.1<ft*(n-1)/(FNO*R1)<1.1；
式中，ft为光学系统长焦状态时的焦距；n为所述第一透镜材料中心波长折射率；FNO为光学系统F数；R1为所述第一透镜凹面近似曲率半径。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜在所述镜头中满足：1.5<|f1/ft|<3.5；
式中，f1为所述第一透镜的焦距，ft为所述变焦镜头在长焦状态时的焦距。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜在所述镜头中满足：2.0<|f2/ft|<9.5；
式中，f2为所述第二透镜的焦距，ft为所述镜头在长焦状态时的焦距。
根据本发明的一个方面，所述第五透镜在所述镜头中满足：1<|f5/ft|<3；
式中，f5为所述第五透镜的焦距，ft为所述镜头在长焦状态时的焦距。
根据本发明的一个方面，所述第五透镜在所述镜头中还满足：0.6<|BFL/ft|<1.6；
式中，BFL为所述第五透镜朝向像侧的轴上最外点到像面的距离，ft为所述镜头在长焦状态时的焦距。
根据本发明的镜头，本发明的长波红外变焦镜头中的透镜中，有至少两片采用较低热膨胀系数的红外材料。通过采用较低热膨胀系数的红外材料，使得透镜受温度变化的影响减小，降低了透镜随温度变化而产生的像面漂移现象，保证本发明的镜头能够清晰成像。进一步的，透镜的热膨胀系数小，透镜自身从而具有被动消热差的性能，从而保证了本发明的长波红外变焦镜头能够在温度变化的大环境中使用。同时，镜片自身具有被动消热差的性能，减小透镜之间的调节距离，同样能实现本发明的镜头的无热化性能，对于减小本发明的镜头的体积也起到了有益效果。
根据本发明的镜头，通过在透镜的像侧面(朝向像侧的面)、物侧面(朝向物侧的面)引入非球面，有利于矫正光学系统各项像差，进一步有利于保证本发明的镜头能够清晰成像。通过设置衍射面，起到了补偿热差的作用，进一步保证本发明的镜头能够清晰成像。结合使用非球面跟衍射面，有效地矫正了光学系统各项像差，系统在变焦的同时还能保证在-40°～+80°宽温度范围内的无热化效果，达到最新17μm探测器的分辨率成像要求，可应用于森林防火，安防监控等重要领域。
根据本发明的镜头，通过采用四片较低热膨胀系数的硫系玻璃透镜，以及结合一片单晶锗材料镜片。同时，结合衍射面和非球面在透镜上的设置方式，保证了镜头在高低温环境下不会产生像面漂移现象，保证了本发明的镜头成像质量的稳定。
根据本发明的镜头，通过采用硫系玻璃作为透镜材料在3-14μm的红外光波长范围内具有良好的透过率，其透过波段覆盖三个大气窗口，保证了优良的成像效果。在加工方式上，硫系玻璃具有可抛光，可车削的特性，其最大特性是可以高精密模压。因此，采用硫系玻璃作为透镜材料加工简单、方便，并且在批量生产时具有极大的成本优势。
根据本发明的镜头，光阑设置于第三透镜的物侧面上保证了本发明的长波红外变焦镜头的具有更高的分辨率，进一步保证了本发明的长波红外变焦镜头的成像质量和成像效果。通过上述设置可以满足17μm探测器的高分辨率像质要求。
根据本发明的镜头，在不同焦距状态下，第一透镜1和第二透镜2之间的可变焦距(即间距D2)，第二透镜2和第三透镜3之间的可变焦距(即间距D4)，第三透镜3和第四透镜4之间的可变焦距(即间距D6)进行变化。从而可知，根据本发明的镜头，结合使用非球面与衍射面，通过更小的焦距范围就可以有效地矫正光学系统各项像差。同时，透镜的热膨胀系数小，透镜自身具有消热差的性能，减小透镜之间的调节距离就可实现本发明的镜头的无热化性能，对于减小本发明的长波红外变焦镜头的体积也起到了有益效果，本发明的镜头的光学系统总长可小于60mm。进一步的，缩小了D2、D4、D6之间的间距使得本发明的镜头的视场角更大，从而达到超广视角的要求。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的长波红外变焦镜头的结构图；
图2是具体实施例一的色差曲线图；
图3是具体实施例一的象散曲线图；
图4是具体实施例一的畸变曲线图；
图5是具体实施例一同一焦距在不同温度下的MTF曲线图；
图6是具体实施例二的色差曲线图；
图7是具体实施例二的象散曲线图；
图8是具体实施例二的畸变曲线图；
图9是具体实施例二同一焦距在不同温度下的MTF曲线图；
图10是具体实施例三的色差曲线图；
图11是具体实施例三的象散曲线图；
图12是具体实施例三的畸变曲线图；
图13是具体实施例三同一焦距在不同温度下的MTF曲线图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的长波红外变焦镜头的结构图。如图1所示，根据本发明的长波红外变焦镜头包括五个透镜，分别为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5。在本实施方式中，沿光轴A第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5从物侧至像侧(即图中从左至右的方向)依次排列。入射光依次通过第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5，最后到达成像面B中。在本实施方式中，本发明的长波红外变焦镜头中的透镜中，有至少两片采用较低热膨胀系数的红外材料。通过采用较低热膨胀系数的红外材料，使得透镜受温度变化的影响减小，降低了透镜随温度变化而产生的像面漂移现象。进一步的，通过上述设置，透镜的热膨胀系数小，透镜自身从而具有被动消热差的性能，从而保证了本发明的长波红外变焦镜头能够在温度变化的大环境中使用。同时，由于镜片自身具有被动消热差的性能，减小透镜之间的调节距离就可实现本发明的镜头的无热化性能，对于减小本发明的长波红外变焦镜头的体积也起到了有益效果。
在本实施方式中，第二透镜2的材料为单晶锗玻璃，第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5的材料均采用硫系玻璃。通过采用硫系玻璃作为透镜材料在3-14μm的红外光波长范围内具有良好的透过率，其透过波段覆盖三个大气窗口，保证了优良的成像效果。在加工方式上，硫系玻璃具有可抛光，可车削的特性，其最大特性是可以高精密模压。因此，采用硫系玻璃作为透镜材料加工简单、方便，并且在批量生产时具有极大的成本优势。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4分别为凸凹形透镜，第三透镜3、第五透镜5分别为双凸形透镜。在本实施方式中，第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4分别为截面呈弯月形的凸凹形透镜，并且第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4分别为负光焦度透镜。第三透镜3和第五透镜5分别为正光焦度透镜。在本实施方式中，本发明的五个透镜共有十个面，为便于叙述，按照由物侧至像侧将五个透镜的十个面依次定义为第一面11、第二面12、第三面21、第四面22、第五面31、第六面32、第七面41、第八面42、第九面51和第十面52。如图1中所示，第二面12、第三面21和第七面41均为凹面，其余面均为凸面。第一面11、第三面21、第五面31、第七面41、第九面51均朝向物侧(即图中左侧)，第二面12、第四面22、第六面32、第八面42和第十面52均朝向像侧(即图中右侧)。在本实施方式中，第二面12、第三面21、第七面41和第九面51均为非球面，第一面11、第四面22、第五面31、第六面32、第八面42和第十面52的面型可以为球面也可以为非球面。在本实施方式中，非球面满足：
Figure GDA0003771009290000071
式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。通过上述设置，通过将第二面12、第三面21、第七面41和第九面51设置为非球面，有利于矫正光学系统各项像差，进一步有利于保证本发明的镜头能够清晰成像。
本发明的镜头中的五个透镜中至少有一个透镜设置有衍射面。在本实施方式中，衍射面设置于第七面41上。衍射面满足表达式：
Figure GDA0003771009290000072
其中，ρ＝r/r1，r1是衍射面归化半径；Ai是衍射面相位系数。
通过上述设置，在第七面41设置衍射面，起到了补偿热差的作用，进一步保证本发明的镜头能够清晰成像。结合使用非球面跟衍射面，有效地矫正了光学系统各项像差，系统在变焦的同时还能保证在-40°～+80°宽温度范围内的无热化效果，达到最新17μm探测器的分辨率成像要求，可应用于森林防火，安防监控等重要领域。
根据本发明的镜头，通过采用四片较低热膨胀系数的硫系玻璃透镜，以及结合一片单晶锗材料镜片。同时，结合衍射面和非球面在透镜上的设置方式，保证了镜头在高低温环境下不会产生像面漂移现象，保证了本发明的镜头成像质量的稳定。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的长波红外变焦镜头还设有光阑6。在本实施方式中，光阑6位于第二透镜2和第三透镜3之间，并且光阑6设置于第三透镜3的第五面31上。通过上述设置保证了本发明的长波红外变焦镜头具有更高的分辨率，进一步保证了本发明的长波红外变焦镜头的成像质量和成像效果。通过上述设置可以满足17μm探测器的高分辨率像质要求。
根据本发明的一种实施方式，本发明的长波红外变焦镜头满足：0.1<ft*(n-1)/(FNO*R1)<1.1；式中，ft为光学系统长焦状态时的焦距；n为第一透镜1材料中心波长折射率；FNO为光学系统F数；R1为第一透镜1凹面(即第二面11)的近似曲率半径。
在本实施方式中，第一透镜1在本发明的长波红外变焦镜头中满足：1.5<|f1/ft|<3.5；式中，f1为第一透镜1的焦距，ft为镜头在长焦状态时的焦距。
在本实施方式中，第二透镜2在本发明的长波红外变焦镜头中满足：2.0<|f2/ft|<9.5；式中，f2为第二透镜2的焦距，ft为镜头在长焦状态时的焦距。
在本实施方式中，第五透镜5在本发明的长波红外变焦镜头中满足：1<|f5/ft|<3；式中，f5为第五透镜5的焦距，ft为镜头在长焦状态时的焦距。
在本实施方式中，第五透镜5在本发明的长波红外变焦镜头还满足：0.6<|BFL/ft|<1.6；式中，BFL为第五透镜5朝向像侧的轴上最外点到像面的距离，ft为镜头在长焦状态时的焦距。
为进一步阐述本发明的长波红外变焦镜头，予以例举具体实施例予以说明。
如图1所示，D1是表示第一透镜1的中心厚度；D2是表示第一透镜1和第二透镜2之间的距离；D3是表示第二透镜2的中心厚度；D4是表示第二透镜2和第三透镜3之间的距离；D5是表示第三透镜3的中心厚度；D6是表示第三透镜3和第四透镜4之间的距离；D7是表示第四透镜4的中心厚度；D8是表示第四透镜4和第五透镜5之间的距离；D9是表示第五透镜5的中心厚度；D10是表示第五透镜5和探测器窗口之间的距离；D11是表示探测器窗口的中心厚度；D12是表示探测器窗口和像面B之间的距离。
实施例一：
本发明的长波红外变焦镜头的焦距ft＝8-12mm，光学系统F数FNO＝1.1。第一透镜1的焦距f1＝-25.29mm；第二透镜2的焦距f2＝-50.78mm；第三透镜3的焦距f3＝16.74mm；第五透镜5的焦距f5＝20.85mm。BFL/ft＝0.933，根据上述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5分别与本发明的镜头之间的关系，计算得出表一中数据。
ft＝8mm ft＝10mm ft＝12mm
f1/ft＝-3.16 f1/ft＝-2.53 f1/ft＝-2.11
f2/ft＝-6.35 f2/ft＝-5.08 f2/ft＝-4.23
f3/ft＝2.09 f3/ft＝1.67 f3/ft＝1.40
f5/ft＝2.61 f5/ft＝2.09 f5/ft＝1.74
表一
在本实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5具体参数如下表二所示：
Figure GDA0003771009290000091
表二
如表二中所示，其中第一列中所示为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上分别位于物侧和像侧的面，如图1中所示。第二列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上各面的面型。第三列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上各面的曲率半径。第四列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上各面的间距。间距是指两相邻面间的距离，举例说来，第一面11的间距，即第一面11至第二面12间的距离D1。第五列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5采用的材料。第五列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5各面的口径。
在本实施例中，非球面数据如下表三所示：
Figure GDA0003771009290000101
表三
如表三中所示，其中第一列中所示为第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4、第五透镜5上的非球面，如图1中所示；第二列表示各非球面的圆锥系数K；第三列、第四列、第五列、第六列分别表示各非球面的高次非球面系数A、B、C、D。
在本实施例中，衍射面数据如下表四所示：
Figure GDA0003771009290000102
表四
如表四中所示，其中第一列中所示为设置衍射面的位置；第二列表示衍射面的归化半径r1，单位均为mm。第三列、第四列、第五列、第六列分别表示衍射面相位系数Ai，在本实施例中衍射面相位系数Ai共列出四组数据即相位系数A1、相位系数A2、相位系数A3和相位系数A4。
在本实施例中，镜头在变焦过程中，焦距ft＝8mm、焦距ft＝10mm、焦距ft＝12mm状态时D2、D4、D6的取值如下表五所示：
Figure GDA0003771009290000111
表五
通过表五可看出，在不同焦距状态下，第一透镜1和第二透镜2之间的可变焦距(即间距D2)，第二透镜2和第三透镜3之间的可变焦距(即间距D4)，第三透镜3和第四透镜4之间的可变焦距(即间距D6)进行变化。从而可知，根据本发明的镜头，结合使用不同透镜之间非球面跟衍射面，以及不同透镜材料，通过较小的焦距范围就可以有效地矫正光学系统各项像差和热差。同时，透镜的热膨胀系数小，透镜自身具有消热差的性能，减小透镜之间的调节距离就可实现本发明的镜头的无热化性能，对于减小本发明的长波红外变焦镜头的体积也起到了有益效果，本发明的镜头的光学系统总长可小于60mm。进一步的，缩小了D2、D4、D6之间的间距使得本发明的镜头的视场角更大，本发明的镜头的最大视场角可达到104°，从而达到超广视角的要求。
如图2所示，其中曲线分别代表为8μm、10μm、12μm的三个波长的红外入射光通过实施例一的镜头的色差曲线图，单位为mm。由图2中曲线看出实施例一的镜头的色差变化在标准范围内。如图3所示，同样由8μm、10μm、12μm的三个波长的红外入射光通过实施例一的镜头的象散曲线图，单位为mm。由图3中曲线看出实施例一的镜头的像散变化在标准范围内。如图4所示，同样由8μm、10μm、12μm的三个波长的红外入射光通过实施例一的镜头的畸变曲线图。图中标示出不同视场角下的实施例一的镜头的畸变大小值均在标准范围内。如图5所示，可得出本实施例一的镜头同一焦距在-40°～+80°宽温度范围内的综合解像水平，满足标准要求。
综上所述，结合图2至图5所示，本发明的长波红外变焦镜头足以满足实用要求。
实施例二：
本发明的长波红外变焦镜头的焦距ft＝6-9mm，光学系统F数FNO＝1.1。第一透镜1的焦距f1＝-20.67mm；第二透镜2的焦距f2＝-24.61mm；第三透镜3的焦距f3＝12.03mm；第五透镜5的焦距f5＝16.78mm。
在本实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5具体参数如下表七所示：
Figure GDA0003771009290000121
表七
如表七所示，其中第一列中所示为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上分别位于物侧和像侧的面，如图1中所示。第二列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上各面的面型。第三列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上各面的曲率半径。第四列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上各面的间距。间距是指两相邻面间的距离，举例说来，第一面11的间距，即第一面11至第二面12间的距离D1。第五列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5采用的材料。第五列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5各面的口径。
在本实施例中，非球面数据如下表八所示：
Figure GDA0003771009290000131
表八
如表八中所示，其中第一列中所示为第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4、第五透镜5上的非球面，如图1中所示；第二列表示各非球面的圆锥系数K；第三列、第四列、第五列、第六列分别表示各非球面的高次非球面系数A、B、C、D。
在本实施例中，衍射面数据如下表九所示：
Figure GDA0003771009290000132
表九
如表九中所示，其中第一列中所示为设置衍射面的位置；第二列表示衍射面的归化半径r1，单位均为mm。第三列、第四列、第五列、第六列分别表示衍射面相位系数Ai，在本实施例中衍射面相位系数Ai共列出四组数据即相位系数A1、相位系数A2、相位系数A3和相位系数A4。
在本实施例中，镜头在变焦过程中，焦距ft＝6mm、焦距ft＝7.5mm、焦距ft＝9mm状态时D2、D4、D6的取值如下表十所示：
Figure GDA0003771009290000141
表十
通过表十可看出，在不同焦距下，第一透镜1和第二透镜2之间的可变焦距(即间距D2)，第二透镜2和第三透镜3之间的可变焦距(即间距D4)，第三透镜3和第四透镜4之间的可变焦距(即间距D6)进行变化。从而可知，根据本发明的镜头，结合使用不同透镜之间非球面跟衍射面，以及不同透镜材料，通过较小的焦距范围就可以有效地矫正光学系统各项像差和热差。从而使成像清晰度达到标准。同时，透镜的热膨胀系数小，透镜自身具有消热差的性能，减小透镜之间的调节距离就可实现本发明的镜头的无热化性能，对于减小本发明的长波红外变焦镜头的体积也起到了有益效果。通过上述设置，本发明的镜头的光学系统总长可小于60mm。进一步的，缩小了D2、D4、D6之间的间距使得本发明的镜头的视场角更大，从而达到超广视角的要求。
如图6所示，其中曲线分别代表为8μm、10μm、12μm的三个波长的红外入射光通过实施例二的镜头的色差曲线图，单位为mm。由图6中曲线看出实施例二的镜头的色差变化在标准范围内。如图7所示，同样由8μm、10μm、12μm的三个波长的红外入射光通过实施例二的镜头的象散曲线图，单位为mm。由图7中曲线看出实施例二的镜头的像散变化在标准范围内。如图8所示，同样由8μm、10μm、12μm的三个波长的红外入射光通过实施例二的镜头的畸变曲线图。图中标示出不同视场角下的实施例二的镜头的畸变大小值均在标准范围内。如图9所示，可得出本实施例二的镜头同一焦距在-40°～+80°宽温度范围内的综合解像水平，满足标准要求。
综上所述，结合图6至图9所示，本发明的长波红外变焦镜头足以满足实用要求。
实施例三：
本发明的长波红外变焦镜头的焦距ft＝10-14mm，光学系统F数FNO＝1.1。第一透镜1的焦距f1＝-25.34mm；第二透镜2的焦距f2＝-74.49mm；第三透镜3的焦距f3＝17.11mm；第五透镜5的焦距f5＝17.29mm。
在本实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5具体参数如下表十二所示：
Figure GDA0003771009290000151
表十二
如表十二中所示，其中第一列中所示为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上分别位于物侧和像侧的面，如图1中所示。第二列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上各面的面型。第三列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上各面的曲率半径。第四列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5上各面的间距。间距是指两相邻面间的距离，举例说来，第一面11的间距，即第一面11至第二面12间的距离D1。第五列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5采用的材料。第五列表示第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5各面的口径。
在本实施例中，非球面数据如下表十三所示：
Figure GDA0003771009290000161
表十三
如表十三中所示，其中第一列中所示为第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4、第五透镜5上的非球面，如图1中所示；第二列表示各非球面的圆锥系数K；第三列、第四列、第五列、第六列分别表示各非球面的高次非球面系数A、B、C、D。
在本实施例中，衍射面数据如下表十四所示：
Figure GDA0003771009290000162
表十四
如表十四中所示，其中第一列中所示为设置衍射面的位置；第二列表示衍射面的归化半径r1，单位为mm。第三列、第四列、第五列、第六列分别表示衍射面相位系数Ai，在本实施例中衍射面相位系数Ai共列出四组数据即相位系数A1、相位系数A2、相位系数A3和相位系数A4。
在本实施例中，镜头在变焦过程中，焦距ft＝10mm、焦距ft＝12mm、焦距ft＝14mm状态时D2、D4、D6的取值如下表十五所示：
Figure GDA0003771009290000163
Figure GDA0003771009290000171
表十五
通过表十五可看出，在不同焦距下，第一透镜1和第二透镜2之间的可变焦距(即间距D2)，第二透镜2和第三透镜3之间的可变焦距(即间距D4)，第三透镜3和第四透镜4之间的可变焦距(即间距D6)进行变化。从而可知，根据本发明的镜头，结合使用不同透镜之间非球面跟衍射面，以及不同透镜材料，通过较小的焦距范围就可以有效地矫正光学系统各项像差和热差。从而使成像清晰度达到标准。同时，透镜的热膨胀系数小，透镜自身具有消热差的性能，减小透镜之间的调节距离就可实现本发明的镜头的无热化性能，对于减小本发明的长波红外变焦镜头的体积也起到了有益效果。通过上述设置，本发明的镜头的光学系统总长可小于60mm。进一步的，缩小了D2、D4、D6之间的间距使得本发明的镜头的视场角更大，从而达到超广视角的要求。
如图10所示，其中曲线分别代表为8μm、10μm、12μm的三个波长的红外入射光通过实施例三的镜头的色差曲线图，单位为mm。由图10中曲线看出实施例三的镜头的色差变化在标准范围内。如图11所示，同样由8μm、10μm、12μm的三个波长的红外入射光通过实施例三的镜头的象散曲线图，单位为mm。由图11中曲线看出实施例三的镜头的像散变化在标准范围内。如图12所示，同样由8μm、10μm、12μm的三个波长的红外入射光通过实施例三的镜头的畸变曲线图。图中标示出不同视场角下的实施例三的镜头的畸变大小值均在标准范围内。如图13所示，可得出本实施例三的镜头同一焦距在-40°～+80°宽温度范围内的综合解像水平，满足标准要求。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种长波红外变焦镜头，包括：沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)和第五透镜(5)；其特征在于，
五个所述透镜中至少一个透镜具有至少一个衍射面；
所述第一透镜(1)为负光焦度透镜；
所述第二透镜(2)为负光焦度透镜；
所述第三透镜(3)为正光焦度透镜；
所述第四透镜(4)为负光焦度透镜；
所述第五透镜(5)为正光焦度透镜；
所述第一透镜(1)为物侧面凸，像侧面凹的透镜；
所述第二透镜(2)为物侧面凹，像侧面凸的透镜；
所述第三透镜(3)为物侧面凸，像侧面凸的透镜；
所述第四透镜(4)为物侧面凹，像侧面凸的透镜；
所述第五透镜(5)为物侧面凸，像侧面凸的透镜；
所述第二透镜(2)的材料为单晶锗玻璃，所述第一透镜(1)、所述第三透镜(3)、所述第四透镜(4)、所述第五透镜(5)的材料均采用硫系玻璃；
所述长波红外变焦镜头具有光焦度的透镜为五片，且所述第二透镜和所述第三透镜沿光轴移动实现变焦。
2.根据权利要求1所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述衍射面为一个，且设置于所述第四透镜(4)的物侧面上。
3.根据权利要求2所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(1)的像侧面为非球面；
所述第二透镜(2)的物侧面为非球面；
所述第四透镜(4)的物侧面为非球面；
所述第五透镜(5)的物侧面为非球面。
4.根据权利要求1所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜(2)和所述第三透镜(3)之间还设有光阑(6)；
所述光阑(6)设置于所述第三透镜(3)的物侧面上。
5.根据权利要求1所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述镜头满足：0.1<ft*(n-1)/(FNO*R1)<1.1；
式中，ft为光学系统长焦状态时的焦距；n为所述第一透镜(1)材料中心波长折射率；FNO为光学系统F数；R1为所述第一透镜(1)凹面曲率半径。
6.根据权利要求5所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(1)在所述镜头中满足：1.5<|f1/ft|<3.5；
式中，f1为所述第一透镜(1)的焦距，ft为所述变焦镜头在长焦状态时的焦距。
7.根据权利要求6所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜(2)在所述镜头中满足：2.0<|f2/ft|<9.5；
式中，f2为所述第二透镜(2)的焦距，ft为所述镜头在长焦状态时的焦距。
8.根据权利要求7所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述第五透镜(5)在所述镜头中满足：1<|f5/ft|<3；
式中，f5为所述第五透镜(5)的焦距，ft为所述镜头在长焦状态时的焦距。
9.根据权利要求8所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述第五透镜(5)在所述镜头中还满足：0.6<|BFL/ft|<1.6；
式中，BFL为所述第五透镜(5)朝向像侧的轴上最外点到像面的距离，ft为所述镜头在长焦状态时的焦距。
CN201710756630.5A 2017-08-29 2017-08-29 长波红外变焦镜头 Active CN107479171B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710756630.5A CN107479171B (zh) 2017-08-29 2017-08-29 长波红外变焦镜头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710756630.5A CN107479171B (zh) 2017-08-29 2017-08-29 长波红外变焦镜头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107479171A CN107479171A (zh) 2017-12-15
CN107479171B true CN107479171B (zh) 2022-09-06

Family

ID=60602846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710756630.5A Active CN107479171B (zh) 2017-08-29 2017-08-29 长波红外变焦镜头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107479171B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108345091B (zh) * 2018-04-17 2019-01-22 泰州市艾瑞克新型材料有限公司 一种适于自动清洁的光伏系统及其工作方法
CN109541787B (zh) * 2018-12-04 2020-10-16 湖北久之洋红外系统股份有限公司 一种非制冷型双波段全景凝视成像光学系统
CN111060203B (zh) * 2019-12-30 2021-10-08 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种长波红外傅里叶变换成像光谱仪消热差中继成像系统
CN113448067B (zh) * 2021-05-21 2022-05-20 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种切换式变焦的消热差型长波红外变焦镜头
CN114236783B (zh) * 2021-11-30 2023-03-24 安徽光智科技有限公司 一种焦距75mm的消热差红外镜头及其装配方法
CN114236784B (zh) * 2021-12-14 2023-02-28 安徽光智科技有限公司 一种焦距75mm的电动调焦红外镜头
CN114252982B (zh) * 2021-12-14 2023-04-21 安徽光智科技有限公司 焦距35mm的消热差红外镜头及其装配方法、成像方法
CN114236787A (zh) * 2021-12-30 2022-03-25 安徽光智科技有限公司 一种焦距150mm的消热差红外镜头及其装配方法
CN114236794B (zh) * 2021-12-30 2023-03-24 安徽光智科技有限公司 一种双视场电动调焦红外镜头、成像装置
CN115308890B (zh) * 2022-10-12 2022-12-20 昆明全波红外科技有限公司 一种紧凑型长波手动变焦红外镜头

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050200971A1 (en) * 2004-03-10 2005-09-15 Pentax Corporation Imaging-optical system
CN1693935A (zh) * 2004-05-06 2005-11-09 日本电产科宝株式会社 变焦透镜
CN1837885A (zh) * 2005-03-25 2006-09-27 三星电子株式会社 变焦透镜
CN203965717U (zh) * 2014-06-26 2014-11-26 北京蓝思泰克科技有限公司 一种手持型长波红外连续变焦镜头
CN104820280A (zh) * 2015-05-19 2015-08-05 昆明全波红外科技有限公司 一种连续变焦红外镜头
CN205787330U (zh) * 2015-12-16 2016-12-07 三河市蓝思泰克光电科技有限公司 一种长波红外连续变焦镜头

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050200971A1 (en) * 2004-03-10 2005-09-15 Pentax Corporation Imaging-optical system
JP2005257912A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Pentax Corp 撮像光学系
CN1693935A (zh) * 2004-05-06 2005-11-09 日本电产科宝株式会社 变焦透镜
US20050248854A1 (en) * 2004-05-06 2005-11-10 Nidec Copal Corporation Zoom lens
CN1837885A (zh) * 2005-03-25 2006-09-27 三星电子株式会社 变焦透镜
US20060215276A1 (en) * 2005-03-25 2006-09-28 Samsung Electronics Co.; Ltd Zoom lens
CN203965717U (zh) * 2014-06-26 2014-11-26 北京蓝思泰克科技有限公司 一种手持型长波红外连续变焦镜头
CN104820280A (zh) * 2015-05-19 2015-08-05 昆明全波红外科技有限公司 一种连续变焦红外镜头
CN205787330U (zh) * 2015-12-16 2016-12-07 三河市蓝思泰克光电科技有限公司 一种长波红外连续变焦镜头

Also Published As

Publication number Publication date
CN107479171A (zh) 2017-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107479171B (zh) 长波红外变焦镜头
US9297987B2 (en) Wide field athermalized orthoscopic lens system
CN108318995B (zh) 一种透镜系统和镜头
CN110596857B (zh) 广角镜头及成像设备
CN114355563A (zh) 光学镜头组、摄像头及终端设备
CN102193178A (zh) 红外线变焦镜头
CN111766678B (zh) 光学镜头及成像设备
CN101620312B (zh) 长波红外连续变焦镜头
CN104049343A (zh) 紧凑型双视场中波红外消热差镜头
US11609408B2 (en) Optical imaging lens
CN114019652A (zh) 一种广角大靶面小畸变光学定焦镜头
US9229201B2 (en) Near infrared lens
CN106547074B (zh) 一种红外鱼眼镜头
CN210572970U (zh) 一种非制冷型手持红外观测仪无热化镜头
CN110703421B (zh) 一种变倍比可调紧凑型中波红外连续变焦镜头
CN207216117U (zh) 长波红外变焦镜头
KR102368760B1 (ko) 촬상 광학계
CN114967061A (zh) 一种大靶面低畸变消热差红外镜头
CN111183743B (zh) 宽波段、宽温度范围长波红外无热化镜头
CN114252982A (zh) 焦距35mm的消热差红外镜头及其装配方法、成像方法
CN114002819A (zh) 一种大孔径高清昼夜两用定焦光学镜头
US20230065152A1 (en) Imaging lens
CN218824938U (zh) 一种适配4k分辨率组件的红外无热化镜头
CN103197405A (zh) 一种近红外波段消热差光学镜头
CN216979419U (zh) 一种大变倍比大靶面红外变焦镜头

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhu Guangchun

Inventor after: Ren Heqi

Inventor after: Li Xuejian

Inventor before: Zhu Guangchun

Inventor before: Ren Heqi

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant