CN115308890A - 一种紧凑型长波手动变焦红外镜头 - Google Patents
一种紧凑型长波手动变焦红外镜头 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种紧凑型长波手动变焦红外镜头，其特征在于：从物方到像方依次设计有第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜，第一透镜为凸面朝向物方凸透镜，第二透镜为双凹型透镜，第三透镜为双凸型透镜，第四透镜为弯月型透镜且凹面朝向物方，第五透镜为凹透镜，第一透镜为前固定组，第二透镜和第三透镜为变倍组，第四透镜和第五透镜为后固定组，镜头的焦距为25mm‑75mm。
Description
技术领域
本发明涉及有红外镜头生产技术领域，具体涉及一种紧凑型长波手动变焦红外镜头。
背景技术
红外热成像系统具有隐蔽性好、抗电子干扰能力强、图像直观、易于观察、精度高、低空探测性能好等诸多优点，同时也具有较强的穿透烟、雾、霾、雪等限制以及识别伪装的能力，特别适用于夜间及复杂气象条件下对目标的探测，使其在警戒、侦察和安防能领域中有广泛的应用前景，受到各科研单位企业的关注日益增加。与制冷型凝视红外热成像仪相比，虽然在温度分辨率等灵敏度方面还有很大差距，但非制冷具有一些突出的优点，例如无需对探测器进行制冷，器件成本极大降低、功耗小、重量轻、小型化、启动快、使用方便、灵活、应用范围广、性价比高。
一般来讲红外镜头使用波长通常为长波和中波，长波为镜头使用波长为8-14um，中波则为3-5um，至于非制冷相对于制冷设备进行描述，非制冷镜头使用的为普通电路和芯片，制冷设备就是讲在红外镜头的电路和芯片外部增加制冷设备进行降温，非制冷长波红外镜头作为红外热像仪中主要的组件，主要包括定焦、双视场、连续变焦几种形式。不同于定焦或双视场镜头，红外连续变焦镜头由于其在改变视场的过程中，像面稳定清晰，不会丢失目标，既可以大视场搜索目标，又可以小视场跟踪目标，其需求日益增加。但是在实现连续变焦的过程中由于设计复杂，镜片数量较多，导致整个光学系统架构复杂，像面失真比较明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紧凑型长波手动变焦红外镜头，利用五片式的光学透镜设计，满足75mm-25mm连续变焦的设计要求，在连续变焦过程中像面不失真，使用波长为长波波段，一般工作波段为8-14um。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种紧凑型长波手动变焦红外镜头，其特征在于：从物方到像方依次设计有第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜，第一透镜为凸面朝向物方凸透镜，第二透镜为双凹型透镜，第三透镜为双凸型透镜，第四透镜为弯月型透镜且凹面朝向物方，第五透镜为凹透镜，第一透镜为前固定组，第二透镜和第三透镜为变倍组，第四透镜和第五透镜为后固定组，镜头的焦距为25mm-75mm。
作为本发明的进一步改进，所述第一透镜到像面的光学总长为79.5mm。
作为本发明的进一步改进，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜沿物侧至像侧方向上的曲面分别标记为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10，第一透镜中心厚度为6.63mm，第二透镜中心厚度为1.9mm，第三透镜中心厚度为5.82mm，第四透镜中心厚度为1.9mm，第五透镜中心厚度为1.56mm，S1曲率半径为55.95mm，S2曲率半径为78.2195mm，S3曲率半径为-118.85mm，S4曲率半径为63.617mm，S5曲率半径为61.509mm，S6曲率半径为-146.95mm，S7曲率半径为-47.1mm，S8曲率半径为-67.2545mm，S9曲率半径为-288.1743 mm，S10为平面。
作为本发明的进一步改进，所述S1、S3、S6、S7为球面，S2、S4、S5、S8、S9为非球面。
作为本发明的进一步改进，所述镜头在75mm焦距下各透镜沿光轴方向之间尺寸如下，第一透镜与第二透镜之间的距离为20.27mm，第二透镜与第三透镜之间的距离为2.55mm，第三透镜与第四透镜之间的距离为8.49mm，第四透镜与第五透镜之间的距离为20.88mm。
本发明的有益效果集中体现在：
1、通过五片式透镜进行光学系统设计，探测器采用普通电路搭配芯片进行使用，工作波长为8-14um，满足在长波条件下实现25mm-75mm的连续变焦，长焦75mm向短焦25mm变倍时第二透镜和第三透镜相互分离，短焦25mm向长焦75mm变倍时第二透镜和第三透镜相互靠拢；
2、本发明在实现25mm-75mm的连续变焦时，整个光学系统总长为79.5mm，在进行装配后总重量控制在410g，长度短，质量轻，直径小。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明75mm焦距下的点列图；
图3是本发明75mm焦距下的MTF图；
图4是本发明75mm焦距下的场曲畸变图；
图5是本发明75mm焦距下的相对照度图；
图6是本发明55mm焦距下的点列图；
图7是本发明55mm焦距下的MTF图；
图8是本发明55mm焦距下的场曲畸变图；
图9是本发明55mm焦距下的相对照度图；
图10是本发明40mm焦距下的点列图；
图11是本发明40mm焦距下的MTF图；
图12是本发明40mm焦距下的场曲畸变图；
图13是本发明40mm焦距下的相对照度图；
图中：1-第一透镜；2-第二透镜；3-第三透镜；4-第四透镜；5-第五透镜。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明。
一种紧凑型长波手动变焦红外镜头，其特征在于：从物方到像方依次设计有第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5，第一透镜1为凸面朝向物方凸透镜，第二透镜2为双凹型透镜，第三透镜3为双凸型透镜，第四透镜4为弯月型透镜且凹面朝向物方，第五透镜5为凹透镜，第一透镜1为前固定组，第二透镜2和第三透镜3为变倍组，第四透镜4和第五透镜5为后固定组，镜头的焦距为25mm-75mm，所述第一透镜1到像面的光学总长为79.5mm，长焦75mm向短焦25mm变倍时，变倍组镜片相互分离如图1所示，焦距为长焦75mm时第二透镜2和第三透镜3为图1中实线位置，焦距为短焦25mm时第二透镜2和第三透镜3为图1中虚线位置，第四透镜4和第五透镜5在变焦过程中位置固定不变，实现远近目标的对焦和外界温度变化时对成型清晰度带来的影响。
进一步的，所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5沿物侧至像侧方向上的曲面分别标记为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10，第一透镜1中心厚度为6.63mm，第二透镜2中心厚度为1.9mm，第三透镜3中心厚度为5.82mm，第四透镜4中心厚度为1.9mm，第五透镜5中心厚度为1.56mm，S1曲率半径为55.95mm，S2曲率半径为78.2195mm，S3曲率半径为-118.85mm，S4曲率半径为63.617mm，S5曲率半径为61.509mm，S6曲率半径为-146.95mm，S7曲率半径为-47.1mm，S8曲率半径为-67.2545mm，S9曲率半径为-288.1743 mm，S10为平面，所述S1、S3、S6、S7为球面，S2、S4、S5、S8、S9为非球面，在焦距为75mm、55mm、40mm焦距情况下对成像质量进行对比，发现畸变低于4%，能有效地防止影像发生畸变而失真。
进一步的，所述镜头在75mm焦距下各透镜沿光轴方向之间尺寸如下，第一透镜1与第二透镜2之间的距离为20.27mm，第二透镜2与第三透镜3之间的距离为2.55mm，第三透镜3与第四透镜4之间的距离为8.49mm，第四透镜4与第五透镜5之间的距离为20.88mm。
非球面面型方程如下：
式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，r2=X2+y2,C=1/R0, R0为镜面的近轴曲率半径,K为圆锥系数，A、B、C、D、E、F、G为高次非球面系数。
非球面S2参数如下：R0为78.2195，K为0，A为0，B为-3.41E-8，C为-3.229E-10，D为4.0754E-13，E为-3.213E-16，F为9.96E-20，G为0；
非球面S4参数如下：R0为63.617，K为0，A为0，B为-3.433E-6，C为7.2E-9，D为-3.4E-11，E为7.732E-14，F为-6.9E-17，G为0；
非球面S5参数如下：R0为61.509，K为0，A为0，B为-3.116E-6，C为-4.14E-10，D为1.688E-12，E为-4.283E-15，F为9.2E-18，G为0；
非球面S8参数如下：R0为-67.2545，K为0，A为0，B为-2.706E-6，C为-7.03E-9，D为3.859E-11，E为-1.098E-13，F为1.802E-16，G为-1.33E-19；
非球面S9参数如下：R0为288.1742，K为0，A为0，B为-2.6655E-5，C为-9.92E-7，D为2.73E-8，E为-4.141E-10，F为2.229E-12，G为0。
Claims (5)
1.一种紧凑型长波手动变焦红外镜头，其特征在于：从物方到像方依次设计有第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜，
第一透镜为凸面朝向物方凸透镜，第二透镜为双凹型透镜，第三透镜为双凸型透镜，第四透镜为弯月型透镜且凹面朝向物方，第五透镜为凹透镜，第一透镜为前固定组，第二透镜和第三透镜为变倍组，第四透镜和第五透镜为后固定组，镜头的焦距为25mm-75mm。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型长波手动变焦红外镜头，其特征在于：所述第一透镜到像面的光学总长为79.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型长波手动变焦红外镜头，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜沿物侧至像侧方向上的曲面分别标记为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10，第一透镜中心厚度为6.63mm，第二透镜中心厚度为1.9mm，第三透镜中心厚度为5.82mm，第四透镜中心厚度为1.9mm，第五透镜中心厚度为1.56mm，S1曲率半径为55.95mm，S2曲率半径为78.2195mm，S3曲率半径为-118.85mm，S4曲率半径为63.617mm，S5曲率半径为61.509mm，S6曲率半径为-146.95mm，S7曲率半径为-47.1mm，S8曲率半径为-67.2545mm，S9曲率半径为-288.174mm，S10为平面。
4.根据权利要求3所述的一种紧凑型长波手动变焦红外镜头，其特征在于：所述S1、S3、S6、S7为球面，S2、S4、S5、S8、S9为非球面。
5.根据权利要求1或3所述的一种紧凑型长波手动变焦红外镜头，其特征在于：所述镜头在75mm焦距下各透镜沿光轴方向之间尺寸如下，第一透镜与第二透镜之间的距离为20.27mm，第二透镜与第三透镜之间的距离为2.55mm，第三透镜与第四透镜之间的距离为8.49mm，第四透镜与第五透镜之间的距离为20.88mm。
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Denomination of invention: A Compact Long Wave Manual Zoom Infrared Lens Effective date of registration: 20230707 Granted publication date: 20221220 Pledgee: Hua Xia Bank Co.,Ltd. Kunming Branch Pledgor: KUNMING QUANBO INFRARED SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980047825 |
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