CN114035308B - 一种大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学镜头技术领域，具体涉及一种大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头，基于机械补偿法连续变焦原理，采用负组变倍、负组补偿的双负组光学系统构型，一次成像方式，压缩光路轴向尺寸，实现大变倍比连续变焦，通过采用非球面、衍射面，降低高级像差、轴上点与轴外点像差、细光束与宽光束像差、各种色差，在全视场和全孔径内获得满意的像质。该红外变焦监控镜头由前固定组、变倍组、补偿组和后固定组五组透镜组成，变焦距系统的核心是通过可移动透镜组实现倍率的改变。
Description
技术领域
本发明属于光学镜头技术领域，具体涉及一种大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头。
背景技术
非制冷红外变焦监控镜头是一种工作在长波红外波段(8～12μm)，焦距可连续变化、而像面位置保持稳定并且在变焦过程中像质保持良好的成像系统。利用场景中不同物体辐射温度的不同和差异进行的热成像，可工作在昼夜及雾、霾、烟雾、沙尘等不良气候条件下，可以大大扩展人眼的昼夜视觉性能。
红外变焦监控镜头工作隐蔽、可靠、环境适应性好。在煤矿着火点预警、森林防火、仓库重点区域监控、小区安保以及边界入侵、航道安全监控等众多民用、军用监控领域上得到迅速发展和广泛应用。
通常的非制冷红外变焦镜头的轴向尺寸过长、相对孔径较小、变倍比较小。难以满足大相对孔径、小尺寸、大变倍比的实际使用需求。紧凑型、大相对孔径、大变倍比监控镜头在导航、搜索、侦察等军用、警用领域的应用需求非常广泛。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头，基于机械补偿法连续变焦原理，采用负组变倍、负组补偿的双负组光学系统构型，一次成像方式，压缩光路轴向尺寸，实现大变倍比连续变焦，通过采用非球面、衍射面，降低高级像差、轴上点与轴外点像差、细光束与宽光束像差、各种色差，在全视场和全孔径内获得满意的像质。
为了达到上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：
一种大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头，按光路走向依次包括光焦度为正的弯月物镜L1、光焦度为负的双凹变倍透镜L2、光焦度为负的双凹补偿透镜L3、光焦度为正的弯月会聚透镜L4、光焦度为正的弯月会聚透镜L5以及探测器的像面。
进一步的，变倍透镜L2与补偿透镜L3在变焦距过程中按规律沿光轴在所述弯月物镜L1与所述会聚透镜L4之间运动。
进一步的，正光焦度弯月物镜L1、负光焦度双凹变倍透镜L2、负光焦度双凹补偿透镜L3，正光焦度弯月会聚透镜L4、正光焦度弯月会聚透镜L5主体均为红外晶体材料。
进一步的，所述红外晶体材料为单晶锗。
进一步的，所述大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头光学系统的相对孔径为1:1.1-1:1.3。
进一步的，所述大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头光学系统的相对孔径为1:1.2。
进一步的，所述大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头的窄视场焦距为75㎜、宽视场焦距为15mm，变倍比为5倍；成像方式为一次成像；第一光学面到最后一光学面的轴向空间长度为80mm；全视场内畸变≤5％。
进一步的，所述探测器为像素数640×480，像素大小为12μm，适用波长为8μm～12μm。
采用上述技术方案，本发明的大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头具有以下优点：
1大相对孔径
采用相对孔径1:1.2进行光学镜头设计，保证了红外镜头能够收集充足的场景辐射能量，保证了红外夜视性能。
2紧凑型
采用负组变倍、负组补偿的方式压缩了光学系统轴向尺寸，并采用一次成像方式进一步的缩小了光学系统轴向尺寸，实现了构型紧凑。
3大变倍比连续变焦
实现了5倍光学连续变焦、焦距可连续变化，可获得连续变大、缩小的图像并且像面位置保持稳定，在变焦过程中像质保持良好。
4高性能、成像质量佳
采用非球面、衍射面优化像质，使光学系统的像差得到很好的控制，获得优良像质。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。
图1为本发明具体实施方式中大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头的窄视场(焦距75mm)光路示意图；
图2为本发明具体实施方式中大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头的中间视场(焦距65mm)光路示意图；
图3为本发明具体实施方式中大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头的中间视场(焦距50mm)光路示意图；
图4为本发明具体实施方式中大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头的中间视场(焦距30mm)光路示意图；
图5为本发明具体实施方式中大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头的宽视场(焦距15mm)光路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
在本发明的一个实施例中，提出一种大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头，按光路走向依次包括光焦度为正的弯月物镜L1、光焦度为负的双凹变倍透镜L2、光焦度为负的双凹补偿透镜L3、光焦度为正的弯月会聚透镜L4、光焦度为正的弯月会聚透镜L5以及探测器的像面。
在本实施例中，变倍透镜L2与补偿透镜L3在变焦距过程中按一定规律沿光轴在弯月物镜L1与会聚透镜L4之间运动。
在本实施例中，正光焦度弯月物镜L1、负光焦度双凹变倍透镜L2、负光焦度双凹补偿透镜L3，正光焦度弯月会聚透镜L4、正光焦度弯月会聚透镜L5主体均为红外晶体材料。
在本实施例中，红外晶体材料为单晶锗。
在本实施例中，大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头光学系统的相对孔径为1:1.1-1:1.3。
在本实施例中，大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头光学系统的相对孔径为1:1.2。
在本实施例中，大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头的窄视场焦距为75㎜、宽视场焦距为15mm，变倍比为5倍；成像方式为一次成像；第一光学面到最后一光学面的轴向空间长度为80mm；全视场内畸变≤5％。
在本实施例中，探测器为像素数640×480，像素大小为12μm，适用波长为8μm～12μm。
本实施例实现不同视场通过调整焦距实现，各视场光路如图1-图5所示。
图1为窄视场(焦距75mm)光路示意图；
图2为中间视场(焦距65mm)光路示意图；
图3为本发明具体实施方式中大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头的中间视场(焦距50mm)光路示意图；
图4为中间视场(焦距30mm)光路示意图；
图5为宽视场(焦距15mm)光路示意图。
上述光路示意图是基于机械补偿法变焦原理，采用前固定组、变倍组、补偿组和后固定组五组透镜组成，实现大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头的光路变换。
在本实施例的前固定组——由弯月物镜L1组成；变倍组——由双凹变倍透镜L2组成；补偿组——由双凹补偿透镜L3组成；后固定组——由弯月会聚透镜L4、以及弯月会聚透镜L5组成。在本实施例中，正光焦度弯月物镜L1、负光焦度双凹变倍透镜L2、负光焦度双凹补偿透镜L3，正光焦度弯月会聚透镜L4、正光焦度弯月会聚透镜L5均采用了红外晶体材料——单晶锗。
本实施例各透镜的具体参数如下表所示：
表1：
本实施例大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头的光学参数(单位：mm)
非球面方程：
其中：r——与光轴的距离；
R——非球面顶点出的曲率半径；
K——二次曲线常数；
A、B、C、D——非球面系数。
衍射非球面方程为：
其中：r——与光轴的距离；
R——非球面顶点出的曲率半径；
K——二次曲线常数；
A、B、C、D——非球面系数；
HOR——衍射级次；
c1、c2——衍射面系数；
n——基地材料折射率；
n0——空气折射率；
λ0——中心波长。
其中，D12表示前固定组与变倍组之间距离；D23表示变倍组与补偿组之间距离；D34表示补偿组与后固定组之间距离。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头，其特征在于，按光路走向依次包括光焦度为正的弯月物镜L1、光焦度为负的双凹变倍透镜L2、光焦度为负的双凹补偿透镜L3、光焦度为正的弯月会聚透镜L4、光焦度为正的弯月会聚透镜L5以及探测器的像面；
变倍透镜L2与补偿透镜L3在变焦距过程中按规律沿光轴在所述弯月物镜L1与所述会聚透镜L4之间运动；
正光焦度弯月物镜L1、负光焦度双凹变倍透镜L2、负光焦度双凹补偿透镜L3、正光焦度弯月会聚透镜L4以及正光焦度弯月会聚透镜L5主体均为红外晶体材料；
所述大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头的窄视场焦距为75㎜、宽视场焦距为15mm，变倍比为5倍；成像方式为一次成像；第一光学面到最后一光学面的轴向空间长度为80mm；全视场内畸变≤5％。
2.根据权利要求1所述的一种大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头，其特征在于，所述红外晶体材料为单晶锗。
3.根据权利要求1所述的一种大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头，其特征在于，所述大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头光学系统的相对孔径为1:1.1-1:1.3。
4.根据权利要求3所述的一种大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头，其特征在于，所述大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头光学系统的相对孔径为1:1.2。
5.根据权利要求1所述的一种大相对孔径紧凑型非制冷红外变焦监控镜头，其特征在于，所述探测器为像素数640×480，像素大小为12μm，适用波长为8μm～12μm。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010243737A (ja) * | 2009-04-06 | 2010-10-28 | Sigma Corp | 変倍結像光学系 |
| CN102401983A (zh) * | 2011-12-27 | 2012-04-04 | 河南中光学集团有限公司 | 红外连续变焦镜头光学系统 |
| CN103048775A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-04-17 | 凤凰光学(广东)有限公司 | 一种变焦光学系统 |
| CN108169880A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-06-15 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种紧凑型连续变焦红外光学系统 |
| CN209044173U (zh) * | 2018-10-17 | 2019-06-28 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种紧凑型中波红外连续变焦系统 |
| CN110703422A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-01-17 | 湖北久之洋红外系统股份有限公司 | 超大变倍比50×连续变焦中波红外光学系统 |
-
2021
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010243737A (ja) * | 2009-04-06 | 2010-10-28 | Sigma Corp | 変倍結像光学系 |
| CN102401983A (zh) * | 2011-12-27 | 2012-04-04 | 河南中光学集团有限公司 | 红外连续变焦镜头光学系统 |
| CN103048775A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-04-17 | 凤凰光学(广东)有限公司 | 一种变焦光学系统 |
| CN108169880A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-06-15 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种紧凑型连续变焦红外光学系统 |
| CN209044173U (zh) * | 2018-10-17 | 2019-06-28 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种紧凑型中波红外连续变焦系统 |
| CN110703422A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-01-17 | 湖北久之洋红外系统股份有限公司 | 超大变倍比50×连续变焦中波红外光学系统 |
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| Publication number | Publication date |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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