CN205809400U - 一种长波双视场红外光学镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种长波双视场红外光学镜头，所述镜头光学系统中沿光线从物方向像方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锗正透镜；具有负光焦度的变倍组，为一片双凹形的锗负透镜，用于切换视场；具有正光焦度的后固定组，由一片双凸形锗正透镜和一片凸面朝向物方的弯月形锗正透镜组成。该光学系统可在20/200mm两个视场内内成像质量良好，并能够实现焦距快速切换。

Description

一种长波双视场红外光学镜头

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域一种光学装置，尤其是涉及一种长波双视场红外光学镜头。

背景技术

红外技术可适用于夜间及烟、雾、尘不良气象条件下对目标的探测，实现全天候观察。

单视场镜头只能满足探测或者识别一种功能，需要配备两支镜头，更换镜头很繁琐。而双视场红外光学镜头具有宽、窄两个视场，能够分别满足探测和识别的功能。宽视场用于目标的探测，窄视场用于目标的识别。

实用新型内容

本实用新型提供一种长波双视场红外光学镜头，要解决的技术问题是实现短焦时有更宽的探测范围，长焦时有更远的识别距离。其技术方案如下所述：

一种长波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、第一后固定组、第二后固定组；

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锗正透镜；

所述变倍组，具有负屈光度，包括一片双凹形锗负透镜，用于焦距的切换；光学系统处于短焦时，镜头F/#为0.9；光学系统处于长焦时，镜头F/#为1.2；

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。

所述第一后固定组，具有正屈光度，包括一片双凸形锗正透镜；

所述第一后固定组，具有正屈光度，一片凸面朝向物侧的弯月形锗正透镜。

从物方到像方，所述变倍组第一面采用衍射面。

从物方到像方，所述第一后固定组第一面采用高次非球面。

所述长波双视场红外光学镜头的工作波段为8～12um。

所述长波双视场红外光学镜头适配640X512-17um探测器。

所述长波双视场红外光学镜头可在20/200mm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，其中截止分辨率为20llp/mm；

图6是本实用新型宽视场、短焦距光学传递函数图，其中截止分辨率为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，10-物空间，L1-前固定组，L2-变倍组，L3-第一后固定组，L4-第二后固定组,11-探测器保护窗口，12-像面，13-探测器保护窗口，14-像面，S1～S8为透镜各个表面。

具体实施方式

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。

本实用新型提供了一种长波双视场红外光学镜头，图1、图2分别为本实用新型在焦距200mm和20mm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、L4组成。

前固定组L1即第一透镜，为凸面朝向物方的正透镜，材料为锗单晶，该片镜片口径大，因此不使用非球面；

变倍组L2即第二透镜，为双凹形为负透镜，材料为锗单晶，S3表面为二元面，该透镜是移动镜片，起到了变倍和调焦的作用，总移动行程79.4mm；第二负透镜可沿轴向在第一透镜L1和第三透镜L3之间移动，分别构成窄视场光路和宽视场光路。

光学系统处于短焦时，外界辐射通过前固定组、变倍组、后固定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、变倍组、后固定组汇聚到探测器焦平面上。

第一后固定组L3即第三透镜，为双凸形的正透镜，材料为锗单晶，S5表面为非球面；

第二后固定组L4即第四透镜，为凸面朝向物方的弯月形正透镜，材料为锗单晶。经过探测器保护窗口11，成像在像面12，分辨率为640x480，像元大小17μ。

以上四片透镜中，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～S8表面均镀增透膜。

表1为本实用新型在焦距200mm，20mm时的光学结构参数：

表1

以上4片透镜中提及的非球面，均为偶次非球面，其表达式如下：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_2{r}^4+{\mathrm{\α}}_3{r}^6+{\mathrm{\α}}_4{r}^8+{\mathrm{\α}}_5{r}^{\mathrm{10}}+{\mathrm{\α}}_6{r}^{\mathrm{12}}$

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S5的非球面系数：

表2

以上4片透镜中提及的衍射面，其表达式如下：

Φ＝A₁ρ²+A₂ρ⁴

其中Φ为衍射面的位相，ρ＝r/r_n,r_n是衍射面的规划半径，A1、A2为衍射面的位相系数。

表3为表面S3的衍射系数

表3

表面
				S3	-8.8829606	0.059673381	0.039519961

本实用新型提供的长波红外双视场光学镜头，利用物象共轭原理，实现由一片透镜的移动实现窄、宽视场的切换；采用高次非球面和二元面(衍射面)改善系统像质，使系统的光路总长更短和重量更轻。由于采用了一片透镜的移动来实现视场的转换和调焦补偿，减少了系统中的运动机构，降低了装调难度。

本实用新型提供的长波红外双视场光学镜头满足如下参数：

所述长波红外双视场光学镜头的有效焦距EFL＝20/200mm，F数＝0.9/1.2，光学系统总长＝239mm，适配探测器分辨率640x480，像元大小17μm。

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 (4)

1.一种长波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、第一后固定组、第二后固定组；

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锗正透镜，第一透镜物侧表面镀类金刚石碳膜；

所述变倍组，具有负屈光度，包括一片双凹形锗负透镜，用于焦距的切换；从物方到像方，所述变倍组第一面采用衍射面；总移动行程79.4mm，光学系统处于短焦时，镜头的F/#为0.9；光学系统处于长焦时，镜头的F/#为1.2；

所述第一后固定组，具有正屈光度，包括一片双凸形锗正透镜；

所述第二后固定组，具有正屈光度，包括一片凸面朝向物侧的弯月形锗正透镜。

2.根据权利要求1所述的长波双视场红外光学镜头，其特征在于，从物方到像方，所述第一后固定组第一面采用高次非球面。

3.根据权利要求1所述的长波双视场红外光学镜头，其特征在于，所述长波双视场红外光学镜头的工作波段为8～12μm。

4.根据权利要求1所述的长波双视场红外光学镜头，其特征在于，所述长波双视场红外光学镜头适配640X512-17μm探测器。