CN206710692U - 25~75mm长波红外连续变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种25~75mm长波红外连续变焦镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自前向后入射方向依次设有前固组镜片A、前变倍组镜片B、补偿组镜片C、后固组镜片D以及调焦组镜片E，所述前固组镜片A包括凸面朝前的正月牙形透镜A‑1；所述变倍组镜片B包括凸面朝前的负月牙形透镜B‑1；所述补偿组镜片C包括凹面朝前的负月牙形透镜C‑1；所述后固组镜片D包括凸面朝前的正月牙形透镜D‑1以及位于正月牙形透镜D‑1后侧且凸面朝前的负月牙形透镜D‑2；所述调焦组镜片E包括凸面朝前的正月牙形透镜E‑1。该镜头非球面数量少，有效降低了加工难度和成本，质量易于保证，分辨率高，图像质量好。

Description

25~75mm长波红外连续变焦镜头

技术领域

本实用新型涉及一种25~75mm长波红外连续变焦镜头。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展、非制冷探测器技术的不断发展和日益成熟，因长波红外非制冷光学系统有许多优良特点，如被动工作式，不会被地方的电子干扰、隐蔽性好；图像直观，易于观察；体积小、重量轻、精度高等，在军事和民用领域均得到了广发应用。红外连续变焦光学系统在一定范围内能够连续改变系统焦距，在改变视场的同时，像面能够保持稳定清晰，不会产生像面飘逸。近年来，随着安防监控、物联网、无人机航拍等领域的发展，对与之关联的红外连续变焦光学系统的需求也日益增强。

传统非制冷红外变焦镜头都存在2个以上非球面，即便有2个非球面的红外变焦镜头其分辨率只达到20lp/mm，近年来，一些非制冷红外变焦镜头利用多个非球面和一个衍射面实现了5个透镜高分辨率结构，但是衍射面有不易加工、成本高、无法量化检测、质量无法准确控制的特点。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种质量稳定，分辨率高的25~75mm长波红外连续变焦镜头。

本实用新型采用以下方案实现：一种25~75mm长波红外连续变焦镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自前向后入射方向依次设有前固组镜片A、前变倍组镜片B、补偿组镜片C、后固组镜片D以及调焦组镜片E，所述前固组镜片A包括凸面朝前的正月牙形透镜A-1；所述变倍组镜片B包括凸面朝前的负月牙形透镜B-1；所述补偿组镜片C包括凹面朝前的负月牙形透镜C-1；所述后固组镜片D包括凸面朝前的正月牙形透镜D-1以及位于正月牙形透镜D-1后侧且凸面朝前的负月牙形透镜D-2；所述调焦组镜片E包括凸面朝前的正月牙形透镜E-1。

进一步的，所述正月牙形透镜A-1与负月牙形透镜B-1之间的空气间隔是8.35～55.36mm；所述负月牙形透镜B-1与负月牙形透镜C-1之间的空气间隔是39.32～8.89mm；所述负月牙形透镜C-1与正月牙形透镜D-1之间的空气间隔是20.58～4mm；所述正月牙形透镜D-1与负月牙形透镜D-2之间的空气间隔是9.72mm；所述负月牙形透镜D-2与正月牙形透镜E-1之间的空气间隔是21.74mm。

进一步的，所述镜头机械结构包括前镜筒和安装于前镜筒后端的后镜筒，所述正月牙形透镜A-1安装于前镜筒前端，所述正月牙形透镜D-1和负月牙形透镜D-2安装于后镜筒前端，后镜筒后端设置有与其滑动配合并安装有正月牙形透镜E-1的调焦镜座；前镜筒内还设置有与其滑动配合并分别安装有负月牙形透镜B-1和负月牙形透镜C-1的变倍滑架和补偿滑架。

进一步的，前镜筒外围套设有前凸轮筒，后镜筒外围套设有后凸轮筒，前镜筒旁侧还设置有驱动前凸轮筒转动的变焦电机，后镜筒旁侧设置有驱动后凸轮筒转动的调焦电机，前凸轮筒分别通过变倍导钉和补偿导钉带动变倍滑架和补偿滑架轴向移动，后凸轮筒通过调焦导钉带动调焦镜座轴向移动。

进一步的，所述变倍导钉穿过前凸轮筒的变倍凸轮槽和前镜筒的变倍直槽后固定于变倍滑架上，补偿导钉穿过前凸轮筒的补偿凸轮槽和前镜筒的补偿直槽后固定于补偿滑架上，调焦导钉穿过后凸轮筒的调焦凸轮槽和后镜筒的调焦直槽后固定于调焦镜座上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：（1）非球面数量少，在校正像差、提高成像质量的同时，避免了非球面设置在靠近物侧较大的镜片上，有效降低了加工难度和成本，质量易于保证；（2）镜片数量较少，有利于装调和校正像差；（3）分辨率高，可使用在640×512 17μm探测器上，长短焦30lp/mm的0视场MTF均达到0.44以上，接近系统衍射极限，图像质量好；（4）在结构上，镜头采用滑架来移动镜片，简化了结构，运动更顺畅，耐振动、冲击能力强，滑架直接与镜筒配合，更易保证同轴度，有效的控制了变焦过程中的光轴漂移，在全焦距段范围内成像质量优良。

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例的光学系统示意图；

图2是本发明实施例结构剖视图；

图3是本发明实施例立体图；

图4是图2的右视图；

图中标号说明：1-正月牙形透镜A-1；2-前镜筒；3-前凸轮筒；4-负月牙形透镜B-1；5-变倍滑架；6-补偿滑架；7-负月牙形透镜C-1；8-变倍导钉；9-正月牙形透镜D-1；10-后镜筒；11-负月牙形透镜D-2；12-后凸轮筒；13-调焦导钉；14-调焦镜座；15-正月牙形透镜E-1；16-补偿导钉；17-变倍凸轮槽；18-补偿凸轮槽；19-调焦凸轮槽；20-变焦电机；21-调焦电机；22-变焦微动开关；23-变焦挡钉；24-调焦微动开关；25-调焦挡钉。

具体实施方式

如图1~4所示，一种25~75mm长波红外连续变焦镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自前向后入射方向依次设有前固组镜片A、前变倍组镜片B、补偿组镜片C、后固组镜片D以及调焦组镜片E，所述前固组镜片A包括凸面朝前的正月牙形透镜A-1；所述变倍组镜片B包括凸面朝前的负月牙形透镜B-1；所述补偿组镜片C包括凹面朝前的负月牙形透镜C-1；所述后固组镜片D包括凸面朝前的正月牙形透镜D-1以及位于正月牙形透镜D-1后侧且凸面朝前的负月牙形透镜D-2；所述调焦组镜片E包括凸面朝前的正月牙形透镜E-1。

在本实施例中，所述正月牙形透镜A-1与负月牙形透镜B-1之间的空气间隔是8.35～55.36mm；所述负月牙形透镜B-1与负月牙形透镜C-1之间的空气间隔是39.32～8.89mm；所述负月牙形透镜C-1与正月牙形透镜D-1之间的空气间隔是20.58～4mm；所述正月牙形透镜D-1与负月牙形透镜D-2之间的空气间隔是9.72mm；所述负月牙形透镜D-2与正月牙形透镜E-1之间的空气间隔是21.74mm。

在本实施例中，正月牙形透镜D-1的材料为Se60As40，并且折射率为2.7775；其余五个镜片的材料为锗，且折射率均为4.004，该镜片系统折射率更高，重量更轻，也更有利于装调和校正像差。

在本实施例中，正月牙形透镜A-1前镜面和后镜面的曲率半径分别为182.86mm和350mm，负月牙形透镜B-1前镜面和后镜面曲率半径分别为2592mm和156.84mm，负月牙形透镜C-1前镜面和后镜面的曲率半径分别为96.3mm和161.09mm；正月牙形透镜D-1前镜面曲率半径分别为75mm，后镜面为非球面；负月牙形透镜D-2前镜面和后镜面的曲率半径分别为33.35mm和25.3mm；正月牙形透镜E-1前镜面和后镜面的曲率半径分别为52.01mm和95.8mm。

在本实施例中，所述正月牙形透镜D-1后侧面上设置有系统光阑，此面非球面的面型方程如下： ，

其中：c=1/R ,R=312.5178 k=0 A0=0 A1=7.761E-007

A2=-1.324E-010 A3=-2.497E-014 A4=4.522E-017。

本实施例中，由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：

（1）焦距f′:25mm-75mm；

（2）相对孔径F：1.0；

（3）视场角：24.55°×19.75°~8.30°×6.64°；

（4）分辨率：可与640*512 17μm探测器摄像机适配；

（5）光路总长∑≤145mm，光学后截距l′≥16.96mm；

（6）适用谱线范围：8μm~12μm。

该镜头非球面数量少，在校正像差、提高成像质量的同时，避免了非球面设置在靠近物侧较大的镜片上，有效降低了加工难度和成本，质量易于保证；镜片数量较少，选用5个Ge镜片和1个Se60As40镜片，相比ZnSe镜片而言，Se60As40折射率更高，重量更轻，6个镜片的设计也更有利于装调和校正像差；分辨率高，可使用在640×512 17μm探测器上，长短焦30lp/mm的0视场MTF均达到0.44以上，接近系统衍射极限，图像质量好；在结构上，镜头采用滑架来移动镜片，简化了结构，运动更顺畅，耐振动、冲击能力强，滑架直接与镜筒配合，更易保证同轴度，有效的控制了变焦过程中的光轴漂移，在全焦距段范围内成像质量优良。

在本实施例中，所述镜头机械结构包括前镜筒2和安装于前镜筒后端的后镜筒10，所述正月牙形透镜A-1安装于前镜筒2前端，所述正月牙形透镜D-1和负月牙形透镜D-2安装于后镜筒10前端，后镜筒10后端设置有与其滑动配合并安装有正月牙形透镜E-1的调焦镜座14；前镜筒2内还设置有与其滑动配合并分别安装有负月牙形透镜B-1和负月牙形透镜C-1的变倍滑架5和补偿滑架6。

在本实施例中，前镜筒2外围套设有前凸轮筒3，后镜筒10外围套设有后凸轮筒12，前镜筒2旁侧还设置有驱动前凸轮筒3转动的变焦电机20，后镜筒10旁侧设置有驱动后凸轮筒12转动的调焦电机21，前凸轮筒3分别通过变倍导钉8和补偿导钉16带动变倍滑架5和补偿滑架6轴向移动，后凸轮筒12通过调焦导钉25带动调焦镜座14轴向移动。

在本实施例中，所述变倍导钉8穿过前凸轮筒3的变倍凸轮槽17和前镜筒的变倍直槽后固定于变倍滑架5上，补偿导钉16穿过前凸轮筒3的补偿凸轮槽18和前镜筒的补偿直槽后固定于补偿滑架6上，调焦导钉25穿过后凸轮筒12的调焦凸轮槽19和后镜筒的调焦直槽后固定于调焦镜座上。

本实施例中，所述前凸轮筒3和后凸轮筒12加工有正齿轮结构，分别与变焦电机20和调焦电机21通过齿轮啮合传动，通过变倍凸轮槽17、补偿凸轮槽18和调焦凸轮槽19分别带动变倍导钉8、补偿导钉16和调焦导钉13的运动，通过后镜筒10的调焦直槽、前镜筒2的变倍直槽和补偿直槽限制变倍导钉8、补偿导钉16和调焦导钉13的圆周转动，使变倍导钉8、补偿导钉16和调焦导钉13只进行轴向运动，从而实现变倍组镜片B、补偿组镜片C和调焦组镜片F的前后运动，短焦变为长焦的过程中，前固组镜片A和变倍组镜片B之间的距离不断增大，前固组镜片A和补偿组镜片C之间的距离不断增大，变倍组镜片B和补偿组镜片C之间的距离不断缩小；所述调焦组镜片F通过圆柱凸轮结构带动其前后移动，达到补偿不同温度下像面位置的偏移的目的。

本实施例中，所述变焦电机20在短焦和长焦终点的自动停止动作通过固定在前凸轮筒3上的变焦挡钉23触碰变焦微动开关22触点来控制，调焦电机21在前后调焦终点的自动停止动作通过固定在后凸轮筒12上的调焦挡钉25触碰调焦微动开关24触点来控制。

本实施例中，使用时，光线顺序进入前固组镜片A、变倍组镜片B、补偿组镜片C、后固组镜片D、后固组镜片E以及调焦组镜片F进行成像，变焦电机20带动前凸轮筒3转动，变倍导钉8和补偿导钉16分别带动变倍滑架5、补偿滑架6前后运动，进而使得变倍组镜片B与补偿组镜片C前后移动，调整空气间隔AB、BC和CD，实现变倍；调焦电机21带动后凸轮筒12转动，调焦导钉13带动调焦镜座14前后运动，进行调焦，两者相结合，实现镜头的电动变焦。

上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种25~75mm长波红外连续变焦镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线自前向后入射方向依次设有前固组镜片A、前变倍组镜片B、补偿组镜片C、后固组镜片D以及调焦组镜片E，所述前固组镜片A包括凸面朝前的正月牙形透镜A-1；所述变倍组镜片B包括凸面朝前的负月牙形透镜B-1；所述补偿组镜片C包括凹面朝前的负月牙形透镜C-1；所述后固组镜片D包括凸面朝前的正月牙形透镜D-1以及位于正月牙形透镜D-1后侧且凸面朝前的负月牙形透镜D-2；所述调焦组镜片E包括凸面朝前的正月牙形透镜E-1。

2.根据权利要求1所述的25~75mm长波红外连续变焦镜头，其特征在于：所述正月牙形透镜A-1与负月牙形透镜B-1之间的空气间隔是8.35～55.36mm；所述负月牙形透镜B-1与负月牙形透镜C-1之间的空气间隔是39.32～8.89mm；所述负月牙形透镜C-1与正月牙形透镜D-1之间的空气间隔是20.58～4mm；所述正月牙形透镜D-1与负月牙形透镜D-2之间的空气间隔是9.72mm；所述负月牙形透镜D-2与正月牙形透镜E-1之间的空气间隔是21.74mm。

3.根据权利要求1所述的25~75mm长波红外连续变焦镜头，其特征在于：所述镜头机械结构包括前镜筒和安装于前镜筒后端的后镜筒，所述正月牙形透镜A-1安装于前镜筒前端，所述正月牙形透镜D-1和负月牙形透镜D-2安装于后镜筒前端，后镜筒后端设置有与其滑动配合并安装有正月牙形透镜E-1的调焦镜座；前镜筒内还设置有与其滑动配合并分别安装有负月牙形透镜B-1和负月牙形透镜C-1的变倍滑架和补偿滑架。

4.根据权利要求3所述的25~75mm长波红外连续变焦镜头，其特征在于：前镜筒外围套设有前凸轮筒，后镜筒外围套设有后凸轮筒，前镜筒旁侧还设置有驱动前凸轮筒转动的变焦电机，后镜筒旁侧设置有驱动后凸轮筒转动的调焦电机，前凸轮筒分别通过变倍导钉和补偿导钉带动变倍滑架和补偿滑架轴向移动，后凸轮筒通过调焦导钉带动调焦镜座轴向移动。

5.根据权利要求4所述的25~75mm长波红外连续变焦镜头，其特征在于：所述变倍导钉穿过前凸轮筒的变倍凸轮槽和前镜筒的变倍直槽后固定于变倍滑架上，补偿导钉穿过前凸轮筒的补偿凸轮槽和前镜筒的补偿直槽后固定于补偿滑架上，调焦导钉穿过后凸轮筒的调焦凸轮槽和后镜筒的调焦直槽后固定于调焦镜座上。