CN202583583U - 高分辨率红外变焦镜头 - Google Patents

Abstract

一种高分辨率红外变焦镜头。其技术方案为：一种高分辨率红外变焦镜头，沿光轴从物侧起依次设置有：一具有正屈光力的第一透镜组，该第一透镜组包括一片凸面朝向物侧的正弯月透镜；一具有负屈光力的第二透镜组，该第二透镜组包括一片凸面朝向物侧的负弯月透镜及一片双凹透镜；一具有正屈光力的第三透镜组，该第三透镜组包括一片凸面朝向物侧的正弯月透镜；一具有正屈光力的第四透镜组，该第四透镜组包含两片凸面朝向物侧的正弯月透镜。本实用新型的有益效果为：只有六片镜片达到较高分辨率且长焦端边缘视场相对照度达到了85%以上，有效地降低了生产成本，提高了成像效果。

Description

高分辨率红外变焦镜头

技术领域

本实用新型为一种高分辨率红外变焦镜头。 

背景技术

非制冷热像仪由于体积小、重量轻等优点，近年来发展迅速。变焦红外热像仪的焦距可以连续变化，即能大范围监视，又能放大目标仔细观察，在变焦过程中不会丢失目标信息，使得非制冷变焦红外热像仪在安防监控、森林防火、安全生产等领域得到更广泛的应用。 

近年来，有一些非制冷红外变焦镜头的设计，例如专利200810015710.6和200920019472.6，但是这些设计，都是配合324×256/38μm的分辨率进行设计的，并且长焦端边缘视场的相对照度较低，很难达到75%以上，在变焦过程中图像容易出现暗斑，使得镜头成像质量受到一定的限制。现在市场上新推出了更高分辨率的640×480红外探测器，其像元更小，仅有17μm，接近衍射极限，对镜头的光学性能要求很高，目前尚未见配合这种探测器使用的连续变焦红外镜头。本实用新型设计出一种高分辨率红外变焦镜头，像质高，长焦端边缘视场的相对照度有所提高，非常适合像元不大于17μm的红外探测器使用。 

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种高分辨率红外变焦镜头，这种高分辨率红外变焦镜头包含六片镜片，分辨率高，接近衍射极限，长焦端边缘视场的相对照度达到85%以上，变焦过程中渐晕小，而且，本技术方案采用了锗材料和硒化锌材料，补偿了长焦距时的色差，有效的减小了长焦距时的色差，提高了像质，非常适用于像元不大于17μm的红外探测器。 

本实用新型是通过如下技术措施实现的：一种高分辨率红外变焦镜头，沿光轴从物侧起依次设置有：一具有正屈光力的第一透镜组，该第一透镜组包括一片凸面朝向物侧的正弯月透镜；一具有负屈光力的第二透镜组，该第二透镜组包括一片凸面朝向物侧的负弯月透镜及一片双凹透镜；一具有正屈光力的第三透镜组，该第三透镜组包括一片凸面朝向物侧的正弯月透镜；一具有正屈光力的第四透镜组，该第四透镜组包含两片凸面朝向物侧的正弯月透镜。 

本实用新型的具体特点还有，当镜头组的位置状态从广角状态向望远状态变化时第一透镜组和第二透镜组之间的距离一直增大，第二透镜组和第三透镜组之间的距离一直减小，第三透镜组和第四透镜组之间的距离先减小后增大。 

上述第一透镜组和第四透镜组靠近物侧的弯月透镜相对于像平面固定。 

上述第二透镜组中的凸面朝向物侧的负弯月透镜材料为硒化锌，其它透镜的材料为锗。 

上述第二透镜组中的双凹透镜朝向物侧的凹面和第三透镜组中的正弯月透镜朝向物侧的凸面为非球面。 

本实用新型的有益效果为：只有六片镜片达到较高分辨率且长焦端边缘视场相对照度达到了85%以上，有效地降低了生产成本，提高了成像效果。本实用新型发明变焦镜头在第二、三透镜组中设置两个非球面，避免了把非球面设在口径较大的第一透镜组上。 

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的长焦状态的结构示意图。 

图2为本实用新型具体实施方式的中焦状态的结构示意图。 

图3为本实用新型具体实施方式的短焦状态的结构示意图。 

图4为本实用新型具体实施方式的中焦端调制传递函数MTF图。 

图5为本实用新型具体实施方式的中焦端点列图。 

图6为本实用新型具体实施方式的长焦端相对照度图，且其横轴为视场大小，纵轴为相对照度值。 

图中，100：第一透镜组，101：正弯月透镜，200：第二透镜组，201：负弯月透镜，202，双凹透镜，300：第三透镜组，301：正弯月透镜，400：第四透镜组，401：正弯月透镜，402：正弯月透镜； 

S1～S12，为从物体侧到像面侧，所有镜片的表面的编号，S13为像平面。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，对本方案进行阐述。 

如附图所示，一种高分辨率红外变焦镜头，沿光轴从物侧起依次设置有：一具有正屈光力的第一透镜组100，该第一透镜组100包括一片凸面朝向物侧的正弯月透镜101；一具有负屈光力的第二透镜组200，该第二透镜组200包括一片凸面朝向物侧的负弯月透镜201及一片双凹透镜202；一具有正屈光力的第三透镜组300，该第三透镜组包括一片凸面朝向物侧的正弯月透镜301；一具有正屈光力的第四透镜组，该第四透镜组包含两片凸面朝向物侧的正弯月透镜401和402。 

当镜头组的位置状态从广角状态向望远状态变化时第一透镜组100和第二透镜组200之间的距离一直增大，第二透镜组200和第三透镜组300之间的距离一直减小，第三透镜组300和第四透镜组400之间的距离先减小后增大。 

其中，第一透镜组100和第四透镜组400的弯月透镜401相对于像平面固定，第二透镜组200中的凸面朝向物侧的负弯月透镜201材料为硒化锌，其它透镜101、201、、302、401、402的材料为锗，第二透镜组200中的双凹透镜202朝向物侧的凹面S5和第三透镜组300中正弯月透镜301朝向物侧的凸面S7为非球面。 

该高分辨率红外变焦镜头的工作波段为8-12μm，变倍比为4倍，最长焦距为100mm，最短焦距为25mm。以下表格的数据，将说明出优选实例的光学参数。 

表一：光学元件参数表 

  

表二：非球面数据

非球面形表达式为：

 

z代表光轴方向的位置，r代表相对光轴的垂直方向上的高度，c代表曲率半径，k代表圆锥系数，α ₄、α ₆、α _8…代表非球面系数。

在非球面形数据中，e-n代表“×10^-n”，例如2.01e-06代表2.01×10^-6。 

表三：变焦位置与透镜组间距的关系 

 

图4本实用新型具体实施方式的中焦端调制传递函数MTF图，且其横轴为每毫米的线对数(line pair per millimeter)，纵轴为对比度数值。可以看出此光学系统在20lp/mm时MTF为0.71，非常接近衍射极限值0.73，图像质量较高，非常适合配合像元比较小的红外探测器使用。

图5为本实用新型具体实施方式的中焦端点列图，其弥散斑的大小在艾里斑内，能量非常集中。 

图6为本实用新型具体实施方式的长焦端相对照度图，且其横轴为视场大小，纵轴为相对照度值。可以看出长焦端边缘视场的相对照度达到了85%，在变焦的过程中渐晕比较小，可使整个图像画面更加均匀，图像的暗斑也不明显。 

本实用新型只有六片镜片，其中两个非球面S5、S7，而且避免了把非球面设在口径较大的第一镜片101上。结构较为简单且易于制作加工，有效地降低了生产成本。本实用新型达到了4倍变焦，最大焦距可达100mm。本实用新型变焦镜头的F 数为1.0，所以相对孔径较大，增加了进光量，提高了成像对比度。 

本实用新型未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，例如把非球面改为二元衍射面，也应属于本实用新型的保护范围。 

Claims (5)

1.一种高分辨率红外变焦镜头，其特征是，沿光轴从物侧起依次设置有：一具有正屈光力的第一透镜组，该第一透镜组包括一片凸面朝向物侧的正弯月透镜；一具有负屈光力的第二透镜组，该第二透镜组包括一片凸面朝向物侧的负弯月透镜及一片双凹透镜；一具有正屈光力的第三透镜组，该第三透镜组包括一片凸面朝向物侧的正弯月透镜；一具有正屈光力的第四透镜组，该第四透镜组包含两片凸面朝向物侧的正弯月透镜。

2.根据权利要求1所述的高分辨率红外变焦镜头，其特征在于，当镜头组的位置状态从广角状态向望远状态变化时第一透镜组和第二透镜组之间的距离一直增大，第二透镜组和第三透镜组之间的距离一直减小，第三透镜组和第四透镜组之间的距离先减小后增大。

3.根据权利要求1或2所述的高分辨率红外变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组和第四透镜组靠近物侧的弯月透镜相对于像平面固定。

4.根据权利要求1或2所述的高分辨率红外变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜组中的凸面朝向物侧的负弯月透镜材料为硒化锌，其它透镜的材料为锗。

5.根据权利要求1或2所述的高分辨率红外变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜组中的双凹透镜朝向物侧的凹面和第三透镜组中的正弯月透镜朝向物侧的凸面为非球面。

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