CN209979915U - 大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头 - Google Patents

大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头 Download PDF

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CN209979915U CN201920527639.3U CN201920527639U CN209979915U CN 209979915 U CN209979915 U CN 209979915U CN 201920527639 U CN201920527639 U CN 201920527639U CN 209979915 U CN209979915 U CN 209979915U
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陈丽娜
吴照斌
丁锦
阮诗娟
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本实用新型涉及一种大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头，其特征在于：其中包括2片硫系镜片和位于2片硫系镜片之间的光阑，从物面至像面依次为弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C；弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C组成的光学结构的具体性能参数为：（1）焦距：EFFL=10mm，（2）F数=0.9，（3）视场角：2w≥50°，（4）光学畸变：≤5%，（5）成像圆直径大于Ф9.8，（6）工作光谱范围：8um～12um，（7）光学总长TTL≤28mm，光学后截距≥6.5mm。本实用新型利用衍射面特殊的热差和色差特性，能够减小系统镜片数量的同时有效地改善系统的色差和热差，实现短小轻型的紧凑光学系统。

Description

大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头
技术领域：
本实用新型提供了一种大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头。
背景技术：
随着红外光学技术的发展，红外镜头的使用领域越来越宽，红外镜头要求成像质量高、体积小、重量轻、在不同温度环境下保持工作性能。目前市面上大部分长波非制冷红外镜头都是配合像元大小为17μm的分辨率进行设计的，随着红外芯片技术的成熟，探测器厂家不断在市面上推出更高分辨率的像元更小的探测器，像元大小仅为14um、12μm等，接近衍射极限，对镜头的光学性能要求很高，然而市面上少有配合这种高分辨率探测器使用的红外镜头。
发明内容：
本实用新型的目的是针对以上不足之处，提供了一种大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头，该大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头具有通光量大、重量轻和低成本。
本实用新型大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头，其特征在于：包括2片硫系镜片和位于2片硫系镜片之间的光阑，从物面至像面依次为弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C；弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C组成的光学结构的具体性能参数为：
（1）焦距：EFFL=10mm
（2）F数=0.9
（3）视场角：2w≥50°
（4）光学畸变：≤5%
（5）成像圆直径大于Ф9.8
（6）工作光谱范围：8um～12um
（7）光学总长TTL≤28mm，光学后截距≥6.5mm。
进一步的，上述光学结构件从左至右的间距如下：弯月正透镜A与光阑B的空气间隔为1.8mm；光阑B与弯月正透镜C的空气间隔为1.2mm。
进一步的，设定焦距为f，从物面至像面的光学镜片焦距依次为f1-f2；二者有如下的关系：8<f1/f<10; 0.5<f2/f<2.0。
进一步的，上述弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C参数表：
表面序号 曲率半径(mm) 间隔(mm) 材料 备注
S1 10<R<20 8.3 硫系玻璃 非球面
S2 5<R<15 1.8 衍射面
光阑 infinity 1.2
S4 -60<R<-20 10 硫系玻璃 非球面
S5 -20<R<-10 4.2 衍射面
非球面及衍射面相关数据：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE008
非球面S1 1.863E-005 2.609E-007 -4.727E-011 0
衍射面S2 1.586E-004 2.223E-005 -8.989E-007 -3.954E-009
非球面S4 -1.233E-003 -2.634E-005 3.408E-007 -6.081E-008
衍射面S5 3.635E-005 -5.022E-007 2.936E-009 -2.121E-011
非球面表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
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，、
Figure 643837DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 485891DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 195614DEST_PATH_IMAGE008
...代表非球面系数，在非球面数据中，E-n代表“
Figure DEST_PATH_IMAGE012
”，例如1.863E-005代表
Figure DEST_PATH_IMAGE014
。
衍射面zemax中的相位分布函数=M(
Figure DEST_PATH_IMAGE016
)：
M
Figure DEST_PATH_IMAGE018
Figure DEST_PATH_IMAGE020
衍射面S2 1 -9.5 -2.1
衍射面S5 1 -37.92 -5.3
本实用新型大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头的工作方法，其特征在于：大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头，其特征在于：包括2片硫系镜片和位于2片硫系镜片之间的光阑，从物面至像面依次为弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C；弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C组成的光学结构的具体性能参数为：
（1）焦距：EFFL=10mm
（2）F数=0.9
（3）视场角：2w≥50°
（4）光学畸变：≤5%
（5）成像圆直径大于Ф9.8
（6）工作光谱范围：8um～12um
（7）光学总长TTL≤28mm，光学后截距≥6.5mm；
工作时，光线通过弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C，到达IMA，利用衍射面特殊的热差和色差特性，减小镜片数量的同时有效地改善色差和热差，实现短小轻型的紧凑光学系统。
本实用新型大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头相比其它镜头具备的优势：
a)通光口径大、增加了进入该红外镜头的辐射量、天气恶劣条件下拍摄效果较好；
b)利用衍射面特殊的热差和色差特性，能够减小该红外镜头镜片数量的同时有效地改善系统的色差和热差，实现短小轻型的紧凑光学系统；
c)结合使用偶次非球面，较好地平衡像差、使像质进一步提升；通过曲率及厚度的调整降低了各个光学件的敏感度，使得该镜头更易于加工与装调。
d)该红外镜头两片镜片都采用硫系材料，同时使得高低温条件下的像质得到了改善，真正实现光学无热化。
附图说明：
图1是本实用新型的剖面构造示意图；
图2为该镜头常温环境下的MTF值；
图3为该镜头在低温-40度环境下的MTF函数值；
图4为该镜头在高温80度环境下的MTF函数值；
图5为常温下场曲畸变图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
本实用新型大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头，其特征在于：包括2片硫系镜片和位于2片硫系镜片之间的光阑，从物面至像面依次为弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C；弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C组成的光学结构的具体性能参数为：
（1）焦距：EFFL=10mm
（2）F数=0.9
（3）视场角：2w≥50°
（4）光学畸变：≤5%
（5）成像圆直径大于Ф9.8
（6）工作光谱范围：8um～12um
（7）光学总长TTL≤28mm，光学后截距≥6.5mm。
进一步的，上述光学结构件从左至右的间距如下：弯月正透镜A与光阑B的空气间隔为1.8mm；光阑B与弯月正透镜C的空气间隔为1.2mm。
进一步的，设定焦距为f，从物面至像面的光学镜片焦距依次为f1-f2；二者有如下的关系：8<f1/f<10; 0.5<f2/f<2.0。
在弯月正透镜C与IMA项目之间设有平行平板D。
进一步的，上述弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C参数表：
表面序号 曲率半径(mm) 间隔(mm) 材料 备注
S1 10<R<20 8.3 硫系玻璃 非球面
S2 5<R<15 1.8 衍射面
光阑 infinity 1.2
S4 -60<R<-20 10 硫系玻璃 非球面
S5 -20<R<-10 4.2 衍射面
非球面及衍射面相关数据：
Figure 892875DEST_PATH_IMAGE002
Figure 623327DEST_PATH_IMAGE004
Figure 234568DEST_PATH_IMAGE006
Figure 230206DEST_PATH_IMAGE008
非球面S1 1.863E-005 2.609E-007 -4.727E-011 0
衍射面S2 1.586E-004 2.223E-005 -8.989E-007 -3.954E-009
非球面S4 -1.233E-003 -2.634E-005 3.408E-007 -6.081E-008
衍射面S5 3.635E-005 -5.022E-007 2.936E-009 -2.121E-011
非球面表达式为：
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，
Figure 344978DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 896046DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 207291DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 792993DEST_PATH_IMAGE008
...代表非球面系数，在非球面数据中，E-n代表“”，例如1.863E-005代表。
衍射面zemax中的相位分布函数=M(
Figure 818215DEST_PATH_IMAGE016
)：
M
Figure 38850DEST_PATH_IMAGE018
Figure 639596DEST_PATH_IMAGE020
衍射面S2 1 -9.5 -2.1
衍射面S5 1 -37.92 -5.3
本实用新型大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头的工作方法，其特征在于：大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头，其特征在于：包括2片硫系镜片和位于2片硫系镜片之间的光阑，从物面至像面依次为弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C；弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C组成的光学结构的具体性能参数为：
（1）焦距：EFFL=10mm
（2）F数=0.9
（3）视场角：2w≥50°
（4）光学畸变：≤5%
（5）成像圆直径大于Ф9.8
（6）工作光谱范围：8um～12um
（7）光学总长TTL≤28mm，光学后截距≥6.5mm；
工作时，光线通过弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C，到达IMA，利用衍射面特殊的热差和色差特性，减小镜片数量的同时有效地改善色差和热差，实现短小轻型的紧凑光学系统。
本实用新型大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头相比其它镜头具备的优势：
a)通光口径大、增加了进入该红外镜头的辐射量、天气恶劣条件下拍摄效果较好；
b)利用衍射面特殊的热差和色差特性，能够减小该红外镜头镜片数量的同时有效地改善系统的色差和热差，实现短小轻型的紧凑光学系统；
c)结合使用偶次非球面，较好地平衡像差、使像质进一步提升；通过曲率及厚度的调整降低了各个光学件的敏感度，使得该镜头更易于加工与装调。
d)该红外镜头两片镜片都采用硫系材料，同时使得高低温条件下的像质得到了改善，真正实现光学无热化。
由图2可以看出，该镜头具有较高的分辨率，满足640*512，,12um非制冷探测器的传函需求；由图3、图4可知，该镜头在高温及低温的环境下MTF衰减很小，实现了镜头的光学无热化性能。由图5可知，该镜头满足畸变要求。
本实用新型大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头仅由两片镜片构成，其光学系统具有较大视场角，可拍摄较大范围的景物，且通光量大，分辨率高，体积小，重量轻，温漂接近零，可在高温或低温的环境下正常使用，该镜头可搭配640*512,12um非制冷长波红外探测器使用。
本实用新型配合探测器厂家不断推出的高分辨率探测器，有利于弥补市场上的高分辨率镜头缺口，匹配640x512@12um非制冷探测器，该镜头具有通光量大、重量轻、低成本，机械结构简单，透射率高，可应用于安防监控、机载吊舱等领域。
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 (3)

1.一种大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头，其特征在于：包括2片硫系镜片和位于2片硫系镜片之间的光阑，从物面至像面依次为弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C；弯月正透镜A、光阑B和弯月正透镜C组成的光学结构的具体性能参数为：
（1）焦距：EFFL=10mm
（2）F数=0.9
（3）视场角：2w≥50°
（4）光学畸变：≤5%
（5）成像圆直径大于Ф9.8
（6）工作光谱范围：8um～12um
（7）光学总长TTL≤28mm，光学后截距≥6.5mm。
2.根据权利要求1所述的大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头，其特征在于：所述光学结构件从左至右的间距如下：弯月正透镜A与光阑B的空气间隔为1.8mm；光阑B与弯月正透镜C的空气间隔为1.2mm。
3.根据权利要求1所述的大孔径高分辨率轻型安防监控红外镜头，其特征在于：设定焦距为f，从物面至像面的光学镜片焦距依次为f1-f2；二者有如下的关系：8<f1/f<10; 0.5<f2/f<2.0。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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