CN209167668U - 折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统及镜头结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统及镜头结构，包括沿光线入射方向自左向右依次设置的前固定组透镜、变倍组透镜、补偿组透镜、后固定组透镜和二次成像组透镜组成；所述前固定组透镜为正弯月透镜A，所述变倍组透镜由弯月正透镜B1和双凹负透镜B2组成，所述补偿组透镜为双凸透镜C，所述后固定组透镜为负弯月透镜D，所述二次成像组透镜由弯月正透镜E1及弯月正透镜E2组成。外型结构简单紧凑、成像质量优良、变焦过程成像清晰稳定。

Description

折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统及镜头结构

技术领域

本实用新型涉及一种折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统及镜头结构。

背景技术

红外镜头因其具有的抗干扰能力强、可全天候全天时工作、抗烟尘及雾霾能力强等优点，在道路监控、森林防火、机场监察等军民领域有着广泛应用。其中红外连续变焦镜头因其焦距能够连续变化，既能大范围进行目标监视和搜索，又能放大目标仔细观察，在变焦过程中不会丢失目标信息的特点，越来越受到人们的关注。现有的中波红外连续变焦镜头未与中波红外制冷探测器采用一体化设计，体积尺寸偏大，限制其在各载荷平台上的使用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统及镜头结构，外型结构简单紧凑、成像质量优良、变焦过程成像清晰稳定。

本实用新型的技术方案在于：一种折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统，包括沿光线入射方向自左向右依次设置的前固定组透镜、变倍组透镜、补偿组透镜、后固定组透镜和二次成像组透镜组成；所述前固定组透镜为正弯月透镜A，所述变倍组透镜由弯月正透镜B1和双凹负透镜B2组成，所述补偿组透镜为双凸透镜C，所述后固定组透镜为负弯月透镜D，所述二次成像组透镜由弯月正透镜E1及弯月正透镜E2组成。

进一步地，所述前固定组透镜与变倍组透镜之间的空气间隔为38.92～99.18mm，所述变倍组透镜与补偿组透镜之间的空气间隔为83.61～5.70mm，所述补偿组透镜与后固定组透镜之间的空气间隔为7.00～24.65mm。

进一步地，所述变倍组透镜的弯月正透镜B1与双凹负透镜B2之间的空气间隔为2.50mm，所述二次成像组透镜的弯月正透镜E1与弯月正透镜E2之间的空气间隔为0.20mm。

进一步地，所述正弯月透镜A、弯月正透镜B1、双凹负透镜B2、双凸透镜C、负弯月透镜D、弯月正透镜E1、及弯月正透镜E2的材料分别为硅、锗、硅、硅、锗、硅、硅。

进一步地，所述双凹负透镜B2的后端面、双凸透镜C的前端面、负弯月透镜D的后端面、弯月正透镜E1的后端面以及弯月正透镜E2的前端面分别为非球面。

一种折转式中波红外8倍连续变焦距镜头结构，包括折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统，所述光学系统内的前固定组透镜、变倍组透镜、补偿组透镜、后固定组透镜和二次成像组透镜安装于镜框内，所述镜框的前部设置有用于光学系统变焦的电动变焦机构，镜框的后部设置有用于光学系统调焦的电动调焦机构，镜框的上方还设置有中波红外制冷探测器。

进一步地，所述镜框包括主镜座，所述主镜座的前端内腔设置有用于固定前固定组透镜底的前镜座，主镜座的中段腔室内设置有用于对应安装变倍组透镜、补偿组透镜的变倍座和补偿座，主镜座的后部腔室内设置用于用于固定后固定组透镜的后镜座，主镜座的后端还连接有用于固定二次成像组透镜的转折镜座。

进一步地，所述前镜座的前端设置有用于锁定正弯月透镜A的前压圈；所述变倍座内设置有变倍镜座，所述变倍镜座内位于弯月正透镜B1前侧的变倍压圈，位于弯月正透镜B1与双凹负透镜B2之间设置有第一隔圈；所述补偿座内设置有补偿镜座，所述补偿镜座的后端设置有用于锁定双凸透镜C的补偿压圈；所述后镜座内设置有用于安装后固定组透镜的调焦座，所述调焦座的后端设置有用于锁定负弯月透镜D的后压圈；所述转折镜座包括与主镜座后端相相连接并斜向上的第一转折镜座，所述第一转折镜座的后端连接竖向向上第二转折镜座，所述第二转折镜座的上端连接有拐向前侧并用于安装二次成像组透镜的第三转折镜座，所述第三转折镜座内位于弯月正透镜E1与弯月正透镜E2设置有第二隔圈，第三转折镜座的前端设置有转折压圈。

进一步地，所述电动变焦机构包括套置于主镜座上的变焦凸轮，所述变焦凸轮的导向槽前、后部对应设置有穿过主镜座与变倍座和补偿座相连接的凸轮导钉，所述主镜座内设置有一对导杆，所述变倍座和补偿座安装与一对导杆的前后部并分与导杆滑动配合，所述主镜座的前部设置有驱动凸轮旋转的第一电机及与凸轮相配合的电位器，主镜座的两侧部还分别设置有用于凸轮转动限位的变焦微动开关。

进一步地，所述电动调焦机构包括套置于后镜座上的调焦环，所述调焦环的导向槽内设置有穿过后镜座与调焦座相连接的调焦导钉，所述后镜座上设置有用于驱动调节环旋转的第二电机及用于调焦环转动限位的调焦微动开关。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：本发明的光学结构由光焦度为正的前固定组、光焦度为负的变倍组、光焦度为正的补偿组、光焦度为负的后固定组以及光焦度为正的二次成像组四个组元组成，该镜头具有放大倍数高、探测距离远、结构简单紧凑，成像清晰度高，加工成本低等优点，可实现电动连续变焦、电动调焦、焦距实时反馈、图像实时输出等功能。

附图说明

图1为本实用新型的光学系统结构示意图；

图2为本实用新型的镜头的剖视示意图；

图3为本实用新型的电动变焦机构的结构示意图；

图4为本实用新型的图3的右视图；

图5为本实用新型的电动调焦机构的结构示意图；

图6为本实用新型的图5的右视图；

图7为本实用新型的短焦MTF图；

图8为本实用新型的长焦MTF图；

图9为本实用新型的短焦场曲畸变图；

图10为本实用新型的长焦场曲畸变图；

图中：A-正弯月透镜 2-前压圈 3-前镜座 4-主镜座 5-中波红外制冷探测器 6-第三转折镜座 7-二次成像镜座 8-转折压圈 E2-弯月正透镜E2 E1-弯月正透镜E1 11-第二隔圈 12-第二转折镜座 13-第一转折镜座 14-后镜座 15-电动调焦机构 16-后压圈 D-负弯月透镜D 18-调焦座 C-双凸透镜C 20-补偿压圈 21-补偿镜座 22-补偿座 23-电动变焦机构 B2-双凹负透镜B2 25-第一隔圈 26-变倍镜座 B1-弯月正透镜B1 28-变倍座 29-变倍压圈 30-变焦凸轮 31-凸轮压圈 32-凸轮导钉 33-导杆 34-第一电机架 35-第一电机 36-电机齿轮 37-电位器架 38-电位器 39-电位器齿轮 40-变焦微动开关 41-调焦环42-调焦环压圈 43-调焦导钉 44-第二电机架 45-第二电机 46-电机齿轮 47-调焦微动开关 48-安装座。

具体实施方式

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本实用新型并不限于此。

参考图1至图10

一种折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统，包括沿光线入射方向自左向右依次设置的前固定组透镜、变倍组透镜、补偿组透镜、后固定组透镜和二次成像组透镜组成；所述前固定组透镜为正弯月透镜A，所述变倍组透镜由弯月正透镜B1和双凹负透镜B2组成，所述补偿组透镜为双凸透镜C，所述后固定组透镜为负弯月透镜D，所述二次成像组透镜由弯月正透镜E1及弯月正透镜E2组成。

本实施例中，所述前固定组透镜与变倍组透镜之间的空气间隔为38.92～99.18mm，所述变倍组透镜与补偿组透镜之间的空气间隔为83.61～5.70mm，所述补偿组透镜与后固定组透镜之间的空气间隔为7.00～24.65mm。

本实施例中，所述变倍组透镜的弯月正透镜B1与双凹负透镜B2之间的空气间隔为2.50mm，所述二次成像组透镜的弯月正透镜E1与弯月正透镜E2之间的空气间隔为0.20mm

本实施例中，所述正弯月透镜A、弯月正透镜B1、双凹负透镜B2、双凸透镜C、负弯月透镜D、弯月正透镜E1、及弯月正透镜E2的红外材料分别为硅、锗、硅、硅、锗、硅、硅。

表一、光学元件参数表

本实施例中，所述双凹负透镜B2的后端面、双凸透镜C的前端面、负弯月透镜D的后端面、弯月正透镜E1的后端面以及弯月正透镜E2的前端面分别为非球面。

在本实施例中，所述非球面满足下列表达式：

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=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。

表二、非球面数据

面序号	K	A	B	C	D
						S6	0	-7.137E-007	3.320E-011	4.413E-014	-3.396E-17
S7	0	-6.175E-007	4.425E-011	5.591E-15	0
						S10	0	-1.166E-006	2.601E-010	6.161E-014	0
S12	0	3.203E-005	2.634E-007	2.415E-009	-3.825E-13
						S13	0	-3.110E-004	2.736E-007	-6.690E-009	-2.390E-011

在本发明实施例中，由上述镜片组构成的光学结构达到了以下光学指标：

（1）焦距：f′=50～400mm，变倍比8倍；

（2）视场角范围：14.0°～1.76°；

（3）相对孔径：1:4；

（4）适配探测器：适配于靶面为640*512，像元大小为15um的制冷型中波红外探测器；

（5）工作温度：-40℃～+60℃；

（6）光路系统体积小于103mm（宽）*156mm（高）*201mm（长）。

一种折转式中波红外8倍连续变焦距镜头结构，包括折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统，所述光学系统内的前固定组透镜、变倍组透镜、补偿组透镜、后固定组透镜和二次成像组透镜安装于镜框内，所述镜框的前部设置有用于光学系统变焦的电动变焦机构，镜框的后部设置有用于光学系统调焦的电动调焦机构，镜框的上方还设置有中波红外制冷探测器5。

本实施例中，所述镜框包括主镜座4，所述主镜座的前端内腔设置有用于固定前固定组透镜底的前镜座3，主镜座的中段腔室内设置有用于对应安装变倍组透镜、补偿组透镜的变倍座28和补偿座22，主镜座的后部腔室内设置用于用于固定后固定组透镜的后镜座14，所述后镜座与主镜座通过4个M3内六角螺钉刚性连接。主镜座的后端还连接有用于固定二次成像组透镜的转折镜座。所述主镜座控制尺寸公差，保证所述前固定组与变倍组之间的空气间隔为38.92～99.18mm。

本实施例中，所述前镜座的前端设置有用于锁定正弯月透镜A的前压圈2；所述变倍座内设置有变倍镜座26，所述变倍镜座内位于弯月正透镜B1前侧的变倍压圈29，位于弯月正透镜B1与双凹负透镜B2之间设置有第一隔圈25，所述第一隔圈控制尺寸公差，保证弯月正透镜B1和双凹负透镜B2之间的空气间隔为2.5mm。所述主镜座控制尺寸公差，保证变倍组透镜与补偿组透镜之间的空气间隔为83.61～5.70mm。所述补偿座内设置有补偿镜座21，所述补偿镜座的后端设置有用于锁定双凸透镜C的补偿压圈20；所述后镜座内设置有调焦座18，所述调焦座内设置有用于安装后固定组透镜的安装座48，所述安装座的后端设置有用于锁定负弯月透镜D的后压圈16；所述主镜座控制尺寸公差，保证补偿组透镜与后固定组透镜之间的空气间隔为7.00～24.65mm。所述转折镜座包括与主镜座后端相相连接并斜向上的第一转折镜座13，所述第一转折镜座的后端连接竖向向上第二转折镜座12，所述第二转折镜座的上端连接有拐向前侧的第三转折镜座6，所述第三转折镜座内设置有用于安装二次成像组透镜的二次成像镜座7，二次成像镜座内位于弯月正透镜E1与弯月正透镜E2设置有第二隔圈11，所述第二隔圈控制尺寸公差，保证所述二次成像组弯月正透镜E1与弯月正透镜E2之间的空气间隔为0.2mm。第三转折镜座的前端设置有转折压圈8。所述第二转折镜座与第一转折镜座通过4个M3内六角螺钉刚性连接，所述第三转折镜座与第二转折镜座通过4个M4内六角螺钉刚性连接。

本实施例中，所述变倍镜座与变倍座采用螺纹及主正面配合，能够有效保证同心度要求。所述补偿座与补偿镜座采用螺纹及主正面配合，能够有效保证同心度要求。

本实施例中，所述电动变焦机构包括套置于主镜座上的变焦凸轮30，所述主镜筒的后端设置有用于锁定变焦凸轮的凸轮压圈31，所述变焦凸轮的导向槽前、后部对应设置有穿过主镜座与变倍座和补偿座相连接的凸轮导钉32，所述主镜座内设置有一对导杆33，所述变倍座和补偿座安装与一对导杆的前后部并分与导杆滑动配合，所述主镜座前部的上部一侧设置有通过2个M3内六角螺钉与主镜座刚性连接的第一电机架34，所述第一电机架上设置有第一电机35，所述第一电机输出端的电机齿轮36与设置于变焦凸轮上的凸齿精密啮合，所述主镜筒前部的上部另一侧还设置有电位器架37，所述电位器架通过2个M3内六角螺钉与主镜座刚性连接，电位器架上设置有电位器38，所述电位器输出端的电位器齿轮39与凸轮上的凸齿精密啮合，主镜座前部的下部两侧还分别设置有用于凸轮旋转限位的变焦微动开关40。所述凸轮旋转到两端极限位置时，通过变焦微动开关限位。

本实施例中，所述电动调焦机构包括套置于后镜座上的调焦环41，所述后镜座的后端设置有用于锁定调焦环的调焦环压圈42，所述调焦环的导向槽内设置有穿过后镜座与调焦座相连接的调焦导钉43，所述后镜座上设置有第二电机架44，所述第二电机架通过2个M3内六角螺钉与主镜座刚性连接。所述第二电机架上设置有第二电机45，所述第二电机输出端的电机齿轮46与设置于调焦环上的凸齿精密啮合，所述主镜筒的上部两侧还分别设左右用于调焦环旋转限位的调焦微动开关47。所述调焦环旋转到两端极限位置时，通过调焦微动开关限位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的折转式中波红外8倍连续变焦距镜头并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统，其特征在于，包括沿光线入射方向自左向右依次设置的前固定组透镜、变倍组透镜、补偿组透镜、后固定组透镜和二次成像组透镜组成；所述前固定组透镜为正弯月透镜A，所述变倍组透镜由弯月正透镜B1和双凹负透镜B2组成，所述补偿组透镜为双凸透镜C，所述后固定组透镜为负弯月透镜D，所述二次成像组透镜由弯月正透镜E1及弯月正透镜E2组成。

2.根据权利要求1所述的折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统，其特征在于，所述前固定组透镜与变倍组透镜之间的空气间隔为38.92～99.18mm，所述变倍组透镜与补偿组透镜之间的空气间隔为83.61～5.70mm，所述补偿组透镜与后固定组透镜之间的空气间隔为7.00～24.65mm。

3.根据权利要求1或2所述的折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统，其特征在于，所述变倍组透镜的弯月正透镜B1与双凹负透镜B2之间的空气间隔为2.50mm，所述二次成像组透镜的弯月正透镜E1与弯月正透镜E2之间的空气间隔为0.20mm。

4.根据权利要求3所述的折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统，其特征在于，所述正弯月透镜A、弯月正透镜B1、双凹负透镜B2、双凸透镜C、负弯月透镜D、弯月正透镜E1、及弯月正透镜E2的材料分别为硅、锗、硅、硅、锗、硅、硅。

5.根据权利要求1、2或4所述的折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统，其特征在于，所述双凹负透镜B2的后端面、双凸透镜C的前端面、负弯月透镜D的后端面、弯月正透镜E1的后端面以及弯月正透镜E2的前端面分别为非球面。

6.一种折转式中波红外8倍连续变焦距镜头结构，包括权利要求5所述的折转式中波红外8倍连续变焦距光学系统，其特征在于，所述光学系统内的前固定组透镜、变倍组透镜、补偿组透镜、后固定组透镜和二次成像组透镜安装于镜框内，所述镜框的前部设置有用于光学系统变焦的电动变焦机构，镜框的后部设置有用于光学系统调焦的电动调焦机构，镜框的上方还设置有中波红外制冷探测器。

7.根据权利要求6所述的折转式中波红外8倍连续变焦距镜头结构，其特征在于，所述镜框包括主镜座，所述主镜座的前端内腔设置有用于固定前固定组透镜底的前镜座，主镜座的中段腔室内设置有用于对应安装变倍组透镜、补偿组透镜的变倍座和补偿座，主镜座的后部腔室内设置用于用于固定后固定组透镜的后镜座，主镜座的后端还连接有用于固定二次成像组透镜的转折镜座。

8.根据权利要求7所述的折转式中波红外8倍连续变焦距镜头结构，其特征在于，所述前镜座的前端设置有用于锁定正弯月透镜A的前压圈；所述变倍座内设置有变倍镜座，所述变倍镜座内位于弯月正透镜B1前侧的变倍压圈，位于弯月正透镜B1与双凹负透镜B2之间设置有第一隔圈；所述补偿座内设置有补偿镜座，所述补偿镜座的后端设置有用于锁定双凸透镜C的补偿压圈；所述后镜座内设置有用于安装后固定组透镜的调焦座，所述调焦座的后端设置有用于锁定负弯月透镜D的后压圈；所述转折镜座包括与主镜座后端相相连接并斜向上的第一转折镜座，所述第一转折镜座的后端连接竖向向上第二转折镜座，所述第二转折镜座的上端连接有拐向前侧并用于安装二次成像组透镜的第三转折镜座，所述第三转折镜座内位于弯月正透镜E1与弯月正透镜E2设置有第二隔圈，第三转折镜座的前端设置有转折压圈。

9.根据权利要求7或8所述的折转式中波红外8倍连续变焦距镜头结构，其特征在于，所述电动变焦机构包括套置于主镜座上的变焦凸轮，所述变焦凸轮的导向槽前、后部对应设置有穿过主镜座与变倍座和补偿座相连接的凸轮导钉，所述主镜座内设置有一对导杆，所述变倍座和补偿座安装与一对导杆的前后部并分与导杆滑动配合，所述主镜座的前部设置有驱动凸轮旋转的第一电机及与凸轮相配合的电位器，主镜座的两侧部还分别设置有用于凸轮转动限位的变焦微动开关。

10.根据权利要求8所述的折转式中波红外8倍连续变焦距镜头结构，其特征在于，所述电动调焦机构包括套置于后镜座上的调焦环，所述调焦环的导向槽内设置有穿过后镜座与调焦座相连接的调焦导钉，所述后镜座上设置有用于驱动调节环旋转的第二电机及用于调焦环转动限位的调焦微动开关。