CN205809399U - 一种长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头 - Google Patents
一种长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，所述镜头光学系统中沿光线从物侧向像侧入射方向依次设有具有正光焦度的前固定组，为一片凸面朝向物方的弯月形硅正透镜；具有负光焦度的切入式变倍组，为一片凸面朝向像方的弯月形锗负透镜和一片凸面朝向物方的弯月形锗正透镜，用于切换视场；具有正光焦度的后固定组，为一片双凹形锗负透镜、一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜和一片凸面朝向物方的弯月形锗负透镜；具有正光焦度的转像组，为一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜、一片双凹形锗负透镜和一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜组成。该光学系统可在160/800mm两个视场内内成像质量良好，并能够实现焦距快速切换。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头。
背景技术
红外成像制冷型探测器探测度比非制冷型高出1～2个数量级，在远距离探测时拥有高对比度。一般的双视场红外光学镜头是通过轴向移动来实现视场切换，由于长焦时形成较长较长，而无法在有效的时间内达到切换视场，容易造成告诉移动目标脱靶。折反式中心有遮拦，会造成照度不均。所以在远距离跟踪目标时，迫切需要一种能快速切换视场，总长短，照度均匀的镜头。
实用新型内容
本实用新型提供了一种长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，解决了上述问题，其技术方案如下所述：
一种长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，从物方到像方依次包括前固定组、变倍组、后固定组、转像组；
所述前固定组，具有正屈光度，对光进行汇聚，包括一片凸面朝向物侧的弯月形硅正透镜；
所述切入变倍组，具有负屈光度，用于焦距的切换，包括一片凸面朝向像方的弯月形锗负透镜和一片凸面朝向物方的弯月形锗正透镜；
所述后固定组，具有正屈光度，包括一片双凹形锗负透镜、一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜和一片凸面朝向物方的弯月形锗负透镜；
所述转像组，具有正屈光度，包括一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜、 一片双凹形锗负透镜和一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜；
光学系统处于短焦时，外界辐射通过前固定组、切入变倍组、后固定组、转像组汇聚到探测器焦平面上；光学系统处于长焦时。外界辐射通过前固定组、后固定组、转像组汇聚到探测器焦平面上；
所述变倍组凸面朝向像方的弯月形锗负透镜第2面为高次非球面。
所述变倍组凸面朝向物方的弯月形锗正透镜第1面为高次非球面。
所述后固定组双凹形锗负透镜第二面采用高次非球面。
所述后固定组凸面朝向物方的弯月形锗负透镜第二面采用高次非球面。
所述转像组凸面朝向像方的弯月形硅正透镜第二面采用高次非球面。
所述转像组双凹形锗负透镜第二面采用高次非球面。
该光学系统的工作波段为3～5μm。
该光学系统F/#为4。
其中，F/#指镜头的直径和焦距的比值，是光学专业术语，没有单位。
该光学系统适配640×512-15μm中波制冷探测器。
该光学系统可在160/800mm两个视场内内成像质量良好，并能够实现焦距快速切换。
附图说明
图1是本实用新型窄视场、长焦距光路图；
图2是本实用新型宽视场、短焦距光路图；
图3是本实用新型窄视场、长焦距弥散斑图；
图4是本实用新型宽视场、短焦距弥散斑图；
图5是本实用新型窄视场、长焦距光学传递函数图，截止分辨率为20llp/mm；
图6是本实用新型宽视场、短焦距光学传递函数图，截止分辨率为20llp/mm；
图7是本实用新型窄视场、长焦距象散畸变图；
图8是本实用新型宽视场、短焦距象散畸变图；
其中，110-物空间，L1-前固定组，L2-切入变倍组，L3-后固定组，L4-转像组,120-探测器保护窗口1，121-冷光阑，122-探测器保护窗口1，123-像面，S1～S18为透镜各个表面。
具体实施方式
本实用新型长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，采用二次成像，并且前组采用摄远结构，降低口径和总长。从物方到像方依次设置第一弯月正透镜111，第二弯月负透镜112，第三弯月正透镜113，第四弯月负透镜114，第五弯月正透镜115，第六弯月负透镜116，第七弯月正透镜117，第八弯月负透镜118，第九弯月正透镜119，保护窗口120，冷光阑121，保护窗口122和像面123。
光学系统处于短焦时，外界辐射通过前固定组、切入变倍组、后固定组、转像组汇聚到探测器焦平面上；光学系统处于长焦时。外界辐射通过前固定组、后固定组、转像组汇聚到探测器焦平面上。
第一弯月正透镜111为前固定组L1。
第二弯月负透镜112和第三弯月正透镜113组成切入式变倍组L2。
第四弯月负透镜114，第五弯月正透镜115，第六弯月负透镜116组成后固定组L3。
第七弯月正透镜117，第八弯月负透镜118，第九弯月正透镜119组成转像组L4。
本实用新型采用高次非球面改善系统像质，采用GE和SI两种材料进行色差的矫正。
并满足如下参数：
所述中波制冷型双视场红外光学镜头的有效焦距EFL＝160/800mm，F数＝4，光学系统总长＝510mm，适配探测器分辨率640×512，像元大小15μm。
以下结合附图，通过实施例对本实用新型做进一步详细说明。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不仅限于本实用新型。
图1、图2分别为本实用新型在焦距800mm和160mm时的光学系统图，所述镜头的结构相同，以其中一个图为例作为说明。
如图1所示，本实施由正光焦度的前固定组L1、负光焦度的变倍组L2、正光焦度的后固定组L3、正光焦度的转像组L4组成。
前固定组L1即第一透镜，为凸面朝向物方的正透镜，材料为硅单晶，该片镜片口径大，因此不使用非球面；变倍组L2由一片凸面朝向像方的弯月形锗负透镜和一片凸面朝向物方的弯月形锗正透镜组成，其中S4，S5为高次非球面；后固定组L3片双凹形锗负透镜、一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜和一片凸面朝向物方的弯月形锗负透镜组成，其中S8、S12为高次非球面；转像组L4一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜、一片双凹形锗负透镜和一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜，S14、S16表面为高次非球面。经过探测器保护窗口1-120，光阑-121，保护窗口2-122，最后成像在像面123，分辨率为640×480，像元大小15μm。
以上九片透镜中，第一透镜S1表面镀类金刚石碳膜，因为该表面外露，需要镀类金刚石碳膜碳膜起保护性作用，其余S2～S18表面均镀增透膜。
表1为本实用新型在焦距800mm，160mm时的光学结构参数：
表1
以上9片透镜中提及的非球面，均为偶次非球面，其表达式如下：
其中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，c表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，α2、α3、α4、α5、α6为高次非球面系数。
表2为表面S4、S5、S8、S12、S14、S16的非球面系数：
表2
| 表面 | |||||
| S4 | -2.32873e-007 | 4.3809e-010 | -2.65740e-012 | 6.83114e-015 | -6.81480e-018 |
| S5 | -1.640e-008 | 2.806e-012 | -1.26051E-015 | 2.25823E-19 | -1.14323E-22 |
| S8 | 1.528e-009 | -3.462e-012 | -8.934e-015 | 4.893e-018 | -5.171e-022 |
| S12 | -6.570e-006 | 2.985e-008 | -3.530e-009 | 8.567e-011 | -1.183e-012 |
| S14 | 1.525e-004 | -1.427e-006 | 1.690e-008 | -8.873e-011 | 6.869e-014 |
| S16 | -1.359e-004 | 4.981e-006 | -1.423e-007 | 2.290e-009 | -2.604e-011 |
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案。因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，其特征在于，从物方到像方依次包括前固定组、变倍组、后固定组、转像组；
所述前固定组，具有正屈光度，对光进行汇聚，包括一片凸面朝向物侧的弯月形硅正透镜；
所述切入变倍组，具有负屈光度，用于焦距的切换，包括一片凸面朝向像方的弯月形锗负透镜和一片凸面朝向物方的弯月形锗正透镜；
所述后固定组，具有正屈光度，包括一片双凹形锗负透镜、一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜和一片凸面朝向物方的弯月形锗负透镜；
所述转像组，具有正屈光度，包括一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜、一片双凹形锗负透镜和一片凸面朝向像方的弯月形硅正透镜；
光学系统处于短焦时，外界辐射通过前固定组、切入变倍组、后固定组、转像组汇聚到探测器焦平面上；光学系统处于长焦时，外界辐射通过前固定组、后固定组、转像组汇聚到探测器焦平面上。
2.根据权利要求1所述的长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，其特征在于，所述变倍组凸面朝向像方的弯月形锗负透镜第2面为高次非球面。
3.根据权利要求1所述的长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，其特征在于，所述变倍组凸面朝向物方的弯月形锗正透镜第1面为高次非球面。
4.根据权利要求1所述的长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，其特征在于，所述后固定组双凹形锗负透镜第二面采用高次非球面。
5.根据权利要求1所述的长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，其特征在于，所述后固定组凸面朝向物方的弯月形锗负透镜第二面采用高次非球面。
6.根据权利要求1所述的长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜 头，其特征在于，所述转像组凸面朝向像方的弯月形硅正透镜第二面采用高次非球面。
7.根据权利要求1所述的长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，其特征在于，所述转像组双凹形锗负透镜第二面采用高次非球面。
8.根据权利要求1所述的长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，其特征在于，该光学系统的工作波段为3～5μm。
9.根据权利要求1所述的长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，其特征在于，该光学系统F/#为4。
10.根据权利要求1所述的长焦距切入式中波制冷型双视场红外光学镜头，其特征在于，该光学系统适配640×512-15μm中波制冷探测器。
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Cited By (2)
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| CN112666690A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-16 | 福建福光股份有限公司 | 切换式制冷型长波红外双视场镜头 |
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