CN114236784A - 一种焦距75mm的电动调焦红外镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种焦距75mm电动调焦红外镜头，所述镜头包括第一正透镜、负透镜及第二正透镜，所述第一正透镜、负透镜以及第二正透镜在镜头结构内沿光线传输方向从左到右依次设置；所述第一正透镜和所述负透镜之间的空气间隔为43.97mm，所述负透镜和所述第二正透镜之间的空气间隔为20.06mm。本发明中的电动调焦红外镜头采用三片式正‑负‑正结构，锗单晶‑硫系玻璃‑锗单晶的材料匹配，并在负透镜处设有衍射面，合理的设置光焦度匹配，同时匹配设计电动方式进行调焦的结构，使得本发明电动调焦红外镜头，能够补偿外界因素的影响，实现对焦距的便捷调整，迅速得到高质量的图像，在8‑12微米波段、‑40℃至80℃的温度范围内，均具有良好的调焦成像效果。
Description
技术领域
本发明属于光学镜头技术领域，涉及一种焦距75mm的电动调焦红外镜头。
背景技术
随着科学技术的发展，红外成像技术已广泛应用在国防、工业、医疗等领域。红外探测具有一定的穿透烟、雾、霾、雪等能力以及识别伪装的能力，不受强光、闪光干扰而致盲，可以实现远距离，全天候观察，尤其适用于夜间及不良气象条件下的目标探测。红外调焦镜头能够对焦距进行调节，以满足探测器的成像需要，故应用较为广泛。
在复杂环境下，焦距会受多种因素影响，进而导致成像不清晰，影响探测器的正常工作。例如，温度不仅会对光学材料的折射率造成影响也会对镜筒材料造成热胀冷缩，致使光焦度变化和最佳像面发生偏移，降低光学成像质量，图像模糊不清，对比度下降，最终影响镜头的成像性能。
Zemax：光学设计软件。FPA：探测器焦平面阵列。
发明内容
为解决现有技术中上述问题，本发明提出了能克服复杂环境的影响，调焦成像质量高的焦距75mm的电动调焦红外镜头。具体技术方案如下。
一种焦距75mm的电动调焦红外镜头，所述镜头包括第一正透镜、负透镜及第二正透镜，所述第一正透镜、负透镜以及第二正透镜在镜筒内沿光线传输方向从左到右依次设置；所述第一正透镜和所述负透镜之间的空气间隔为43.97mm，所述负透镜和所述第二正透镜之间的空气间隔为20.06mm。
优选地，所述第一正透镜的中心厚度为5.8mm，所述负透镜的中心厚度为3mm，所述第二正透镜的中心厚度为4.5mm。
优选地，所述第一正透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为89.8mm，光线出射侧拟合曲率半径为130.51mm；所述负透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为-55.95mm，光线出射侧拟合曲率半径为-92.52mm；所述第二正透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为46.47mm，光线出射侧拟合曲率半径为64.73mm。
优选地，所述负透镜的光线入射侧为衍射面，所述衍射面在Zemax中的表达方程为：
其中，M为衍射次序；B1、B2衍射面位相系数，B1=14.60，B2=-2.56；衍射级次为1 ；归化半径r为24。
优选地，所述第一正透镜和第二正透镜的材质为锗单晶，所述负透镜的材质为硫系玻璃。
优选地，所述第一正透镜光线出射侧为非球面，负透镜光线入射侧为非球面，并满足下列表达式：
式中：Z为非球面沿光轴方向在高度r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R；R为镜面的近轴曲率拟合半径；k为圆锥系数；A，B，C，D，E为高次非球面系数。
优选地，所述镜头包括主镜筒、转筒、移动镜筒以及驱动件；所述主镜筒后端设有与探测器相固定的接口，所述第一正透镜、负透镜设置在主镜筒内；所述转筒套装于所述主镜筒的外周面，所述转筒外周面设有第一齿轮；所述移动镜筒置于所述主镜筒内、并与所述主镜筒沿轴向滑动连接，第二正透镜设置在移动镜筒内，所述移动镜筒的外周面设有销钉，所述主镜筒和所述转筒的侧壁分别设有能够容纳所述销钉穿过的直滑道和螺旋滑道；所述驱动件与所述探测器相固定，且所述驱动件的驱动轴设有与所述第一齿轮相啮合的第二齿轮；在所述驱动件的作用下所述第二齿轮通过所述第一齿轮带动所述转筒转动，并在所述直滑道和所述螺旋滑道的作用下通过所述销钉带动所述移动镜筒在所述主镜筒内沿轴向移动。
优选地，在所述第一正透镜的光线入射侧，第一正透镜与主镜筒之间设有第一压圈。
优选地，在所述负透镜的光线出射侧，负透镜与主镜筒之间设有第二压圈。
优选地，在所述第二正透镜的光线入射侧，第二正透镜与移动镜筒之间设有第三压圈。
本发明提供的焦距75mm的电动调焦红外镜头系统采用三片式正-负-正结构，锗单晶-硫系玻璃-锗单晶的材料匹配，并在负透镜处设有衍射面，调节合理的光焦度匹配，同时匹配设计电动方式进行调焦的结构，使得本发明焦距75mm电动调焦红外镜头，能够补偿外界因素的影响，实现对焦距的便捷调整，迅速得到高质量的图像，在8-12微米波段、-40℃至80℃的温度范围内，均具有良好的调焦成像效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式中焦距75mm电动调焦红外镜头的镜头剖面图；
图2为本发明具体实施方式中焦距75mm电动调焦红外镜头的镜头外观图；
图3为本发明具体实施方式中焦距75mm电动调焦红外镜头的镜头组成图。
附图标记：
1、第一正透镜；2、负透镜；3、第二正透镜；4、主镜筒；5、转筒；6、第一齿轮；7、驱动件；8、第二齿轮；9、机架；10、移动镜筒；11、销钉；12、螺旋滑道；13、第一压圈；14、第二压圈；15、第三压圈；16、接口；17、保护用锗窗口；18、FPA。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种焦距75mm电动调焦红外镜头。如图1、图2所示，电动调焦红外镜头的包括第一正透镜1、负透镜2、第二正透镜3、主镜筒4、转筒5、移动镜筒10以及驱动件7。
其中，第一正透镜1、负透镜2以及第二正透镜3在镜筒内沿光线传输方向从左到右依次设置。第一正透镜1、负透镜2设置在主镜筒4内；转筒5套装于主镜筒4的外周面，转筒5外周面设有第一齿轮6；移动镜筒10置于主镜筒4内、并与主镜筒4沿轴向滑动连接，第二正透镜3设置在移动镜筒10内，移动镜筒10的外周面设有销钉11，主镜筒4和转筒5的侧壁分别设有能够容纳销钉4穿过的直滑道和螺旋滑道12；驱动件7与所述探测器相固定；驱动件7的驱动轴设有与第一齿轮6相啮合的第二齿轮8。主镜筒4的后端设有与探测器相固定的接口16。在第一正透镜1的光线入射侧，第一正透镜1与主镜筒4之间设有第一压圈13。在负透镜2的光线出射侧，负透镜2与主镜筒4之间设有第二压圈14。在第二正透镜3的光线入射侧，第二正透镜3与移动镜筒10之间设有第三压圈15。本实施例的结构设计保证了镜头的同心度、精度和轴向位置的准确。
驱动件7可以为电机，或者其他能够起到带动第二齿轮8转动的电器元件。作为一种具体的实施方式，本实施例中的驱动件7采用电机，电机通过机架9固定在主镜筒4上。
本实施例的调焦工作原理如下：驱动件7的驱动轴驱动第二齿轮8转动，第二齿轮8带动第一齿轮6转动，第一齿轮6带动转筒5转动，并在直滑道和螺旋滑道12的作用下通过销钉11带动移动镜筒10在主镜筒4内沿轴向移动，第二正透镜3随着移动镜筒10的移动而移动，实现透镜与探测器成像面距离的调节，进而实现调焦。本实施例采用的电动驱动的方式，调焦操作便捷。
如图3所示，作为一种具体的实施方式，本实施例中的第一正透镜1的中心厚度为5.8mm，第一正透镜1沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为89.8mm，光线出射侧拟合曲率半径为130.51mm。
负透镜2的中心厚度为3mm，负透镜2沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为-55.95mm，光线出射侧拟合曲率半径为-92.52mm。
第二正透镜3的中心厚度为4.5mm，第二正透镜3沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为46.47mm，光线出射侧拟合曲率半径为64.73mm。
第一正透镜1和负透镜2之间的空气间隔为43.97mm，负透镜2和第二正透镜3之间的空气间隔为20.06mm，第二正透镜3与保护用锗窗口17之间的空气间隔为20.56mm。第二正透镜3与FPA18之间的空气间隔为22.93mm。
第一正透镜1和第二正透镜3均采用锗单晶，负透镜2采用IRG206硫系玻璃。
各镜片的具体参数如表1至表3所示。
表1各镜片参数
表2 第一正透镜1非球面系数数据
表3 负透镜2非球面系数数据
如表2至表3所示，第一正透镜1的光线出射侧S2和负透镜2的光线入射侧S3均为非球面，并满足下列表达式：
式中：Z为非球面沿光轴方向在高度r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R；R为镜面的近轴曲率拟合半径；k为圆锥系数；A，B，C，D，E为高次非球面系数。
负透镜2的入射面为衍射面，其Zemax中的表达方程为：
其中，M为衍射次序；B1、B2衍射面位相系数，B1=14.60，B2=-2.56；衍射级次为1 ；归化半径r 为24。
本实施例提供的电动调焦红外镜头，达到了以下光学指标。
工作波段：8μm-12μm；
工作温度：-40℃至80℃；
探测器的类型：1280×1024，12μm；
焦距：f′=75mm；
F数：1；
水平视场角：11.69°，竖直视场角：9.37°。
本实施例中，镜头系统采用三片式正-负-正结构，锗单晶-硫系玻璃-锗单晶的材料匹配，并在负透镜处设有衍射面，调节合理的光焦度匹配，同时匹配设计电动方式进行调焦的结构，使得本实施例的焦距75mm电动调焦红外镜头，能够补偿外界因素的影响，实现对焦距的便捷调整，迅速得到高质量的图像，解决了现阶段该领域的难题。
本申请描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。
Claims (10)
1.一种焦距75mm的电动调焦红外镜头，其特征在于，所述镜头包括第一正透镜、负透镜及第二正透镜，所述第一正透镜、负透镜以及第二正透镜在镜头结构内沿光线传输方向从左到右依次设置；所述第一正透镜和所述负透镜之间的空气间隔为43.97mm，所述负透镜和所述第二正透镜之间的空气间隔为20.06mm。
2.根据权利要求1所述的焦距75mm的电动调焦红外镜头，其特征在于，所述第一正透镜的中心厚度为5.8mm，所述负透镜的中心厚度为3mm，所述第二正透镜的中心厚度为4.5mm。
3.根据权利要求2所述的焦距75mm的电动调焦红外镜头，其特征在于，所述第一正透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为89.8mm，光线出射侧拟合曲率半径为130.51mm；所述负透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为-55.95mm，光线出射侧拟合曲率半径为-92.52mm；所述第二正透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为46.47mm，光线出射侧拟合曲率半径为64.73mm。
4.根据权利要求1所述的焦距75mm的电动调焦红外镜头，其特征在于，所述负透镜的光线入射侧为衍射面，所述衍射面在Zemax中的表达方程为：
其中，M为衍射次序；B1、B2为衍射面位相系数，B1=14.60，B2=-2.56；衍射级次为1 ；归化半径r 为24。
5.根据权利要求1所述的焦距75mm的电动调焦红外镜头，其特征在于，所述第一正透镜和第二正透镜的材质为锗单晶，所述负透镜的材质为硫系玻璃。
6.根据权利要求1所述的焦距75mm的电动调焦红外镜头，其特征在于，所述第一正透镜光线出射侧为非球面，负透镜光线入射侧为非球面，并满足下列表达式：
式中：Z为非球面沿光轴方向在高度r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R；R为镜面的近轴曲率拟合半径；k为圆锥系数；A，B，C，D，E为高次非球面系数。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的焦距75mm的电动调焦红外镜头，其特征在于，所述镜头包括主镜筒、转筒、移动镜筒以及驱动件；所述主镜筒的后端设有与探测器相固定的接口，所述第一正透镜、负透镜设置在主镜筒内；所述转筒套装于所述主镜筒的外周面，所述转筒外周面设有第一齿轮；所述移动镜筒置于所述主镜筒内、并与所述主镜筒沿轴向滑动连接，所述第二正透镜设置在移动镜筒内；所述移动镜筒的外周面设有销钉，所述主镜筒和所述转筒的侧壁分别设有能够容纳所述销钉穿过的直滑道和螺旋滑道；所述驱动件与所述探测器相固定，且所述驱动件的驱动轴设有与所述第一齿轮相啮合的第二齿轮；在所述驱动件的作用下所述第二齿轮通过所述第一齿轮带动所述转筒转动，并在所述直滑道和所述螺旋滑道的作用下通过所述销钉带动所述移动镜筒在所述主镜筒内沿轴向移动。
8.根据权利要求7所述的焦距75mm的电动调焦红外镜头，其特征在于，在所述第一正透镜的光线入射侧，第一正透镜与主镜筒之间设有第一压圈。
9.根据权利要求8所述的焦距75mm的电动调焦红外镜头，其特征在于，在所述负透镜的光线出射侧，负透镜与主镜筒之间设有第二压圈。
10.根据权利要求9所述的焦距75mm的电动调焦红外镜头，其特征在于，在所述第二正透镜的光线入射侧，第二正透镜与移动镜筒之间设有第三压圈。
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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 | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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