CN210090811U - 一种紧凑型中波制冷红外电动镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种紧凑型中波制冷红外电动镜头，从物方至像方依次有两组透镜，包括：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单晶正透镜；具有正光焦度的调焦组，包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶负透镜，一片双凸形硅单晶正透镜。本实用新型总长短，镜片数量少，材料类型简单且加工难度低，有良好的成像效果；该镜头具备电动调焦功能，通过内置的可充电电池或外接电源驱动直流微电机实现调焦组的前后移动。相比同类型镜头具备小巧的体积与轻便的重量，利于携带，在手持设备上安装及使用更具优势，同时对壳体进行适当造型，使镜头整体看起来更具美观性和实用性。
Description
技术领域
本实用新型属于光学技术领域，涉及一种用于中波红外制冷探测器的紧凑型中波制冷红外电动镜头。
背景技术
随着红外技术的发展及市场需求的提高，许多非制冷红外探测器及镜头的性能已渐渐不能满足市场的需求。因此越来越多的人把视线转向了更具优势的制冷镜头。制冷型红外热成像时，制冷机先进行工作来降低自身的温度，这样在检测其他物体时灵敏度更高，精度更高，误差更小，检测温度范围更广。而非制冷型红外热成像这些方面都是所不及的，特别是非制冷红外焦平面阵列的非均匀性对测量误差的影响较大。因此即使制冷型红外成像体积较非制冷更大，价格也更加昂贵，仍然有越来越多的人更倾向于制冷镜头。较以往制冷探测器常用于双视场及变焦镜头不同，也有部分中波制冷探测器开始适配电动调焦镜头。其优势在于虽然不能进行视场的切换，但成像效果优良，且便于携带。因此需要有一种能适配中波制冷探测器的电动镜头。这种镜头需要兼顾小体积、轻重量、成效好等特点，利于携带，方便在手持设备上安装及使用。同时对壳体进行适当造型，使镜头整体看起来更具美观性和实用性。
实用新型内容
本实用新型专利提供了一种紧凑型中波制冷红外电动镜头，要解决的技术问题是提供一种光学总长短，体积小，装调方便，成像质量高的电动镜头。其工作波段为3～5微米，焦距为25mm，F数＝2，适配分辨率为640×512，像元大小15微米的制冷探测器，光学系统总长90.4mm，最大口径33mm。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种紧凑型中波制冷红外电动镜头，镜头中设置的镜片由物方到像方依次包括前固定组、调焦组以及探测器部分；
所述前固定组具有正光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，作为第一透镜，其朝向像方的一面为非球面；
所述调焦组具有正光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶负透镜，作为第二透镜，其朝向像方的一侧为非球面；一片双凸形硅单晶正透镜，作为第三透镜，表面均为球面；所述透镜组的总移动行程1.5mm，用于补偿不同温度和不同物距时像面位置的偏移；
中波制冷探测器部分，包括保护窗口、冷光阑和像面。滤光片位于第三透镜后面，保护窗口位于滤光片后面，冷光阑位于保护窗口后面。
在调教组和探测器部分之间设置有滤光片，所述滤光片不具有光焦度，为一片平板形蓝宝石透镜；
镜头结构包括主镜筒、调焦镜筒、后镜筒、直流微电机、外壳；所述主镜筒固连在外壳的前端，所述外壳的后端固连有后盖板；
第一透镜通过前压圈固定在主镜筒；
第二透镜和第三透镜之间设有隔圈，通过后压圈固定在调焦镜筒上；
所述调焦镜筒能够在主镜筒内沿轴向运动，所述主镜筒上设有直线槽，所述主镜筒外侧设有调焦凸轮，所述调焦凸轮上设有曲线槽和齿轮结构；
所述后镜筒上设有法兰安装孔，通过螺钉固连在主镜筒后端，所述调焦镜筒上固连有导向拨钉，所述导向拨钉在主镜筒上的直线槽内和调焦凸轮上的曲线槽内运动；
所述主镜筒外侧设有直流微电机，所述直流微电机通过驱动小齿轮带动调焦凸轮转动，进而带动调焦镜透组在主镜筒内沿轴向运动，实现镜头的调焦或聚焦功能。
所述外壳侧面设有插座，所述插座能够连接外部电源，继而驱动直流微电机，实现镜头的调焦或聚焦功能。
所述外壳内设有可充电电池，所述可充电电池直接驱动直流微电机，实现镜头的调焦或聚焦功能。
所述外壳上设有船型开关，所述船型开关是三档型开关，能够实现直流微电机正转、直流微电机反转和直流微电机断电的功能，进而带动调焦透镜组的前后移动，实现镜头的调焦或聚焦功能。
所述镜头满足如下参数：
所述镜头的有效焦距EFL＝25mm，F数＝2，光学系统总长＝90.4mm，适配探测器分辨率640×512，像元大小15μm。
所述镜头的水平视场角范围为：2w＝21.7°。
所述镜头的镜片中的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。
所述镜头的全视场的平均MTF>0.616@20lp/mm。
其中，物方到像方的方向，是从前到后的方向。
本实用新型的有益效果为：光学系统总长为90.4mm，最大口径33mm，结构紧凑。系统只使用了三片镜片，使系统更稳定。同时使用折射式光学结构，装调简便，易于量产。全视场的平均MTF>0.616@20lp/mm。
附图说明
图1是本实用新型提供的紧凑型中波制冷红外电动镜头的光学系统图；
其中，100-物空间，L1-前固定组，L2、L3-调焦组，101-滤光片，102-探测器保护窗口，S7-冷光阑，103-像面，S1～S6为透镜各个表面。
图2是本实用新型提供的紧凑型中波制冷红外电动镜头的点列图；
图3是本实用新型提供的紧凑型中波制冷红外电动镜头的光学传递函数图(截止分辨率为20lp/mm)；
图4是本实用新型提供的紧凑型中波制冷红外电动镜头的场曲畸变图；
图5是本实用新型所述的一种便捷式中波制冷电动镜头结构示意图；
其中，L1-第一透镜，L2-第二透镜，L3-第三透镜；1-主镜筒，2-前压圈，3-调焦凸轮，4-导向拨钉，5-调焦镜筒，6-后镜筒，7-后压圈，8-隔圈，9-后盖板；
图6是本实用新型所述的一种便捷式中波制冷电动镜头轴侧示意图；
其中：10-插座,11-外壳，12-船型开关，13-可充电电池。
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。
该实施例是本实用新型专利应用于中波制冷型分辨率640×512像元尺寸15μm凝视型焦平面探测器的例子。
图1为本实用新型的光学系统图。
如图1所示，本实用新型应用由正光焦度的前固定组L1；正光焦度的调焦组L2、L3；滤光片101以及最后的探测器102、103组成。第一透镜L1的两面为S1和S2，第二透镜L2的两面为S3和S4，第三透镜L3的两面为S5和S6。
前固定组中，L1即第一透镜，为凸面朝向物方的正透镜，材料为锗单晶，S2为非球面；调焦组中，有两个透镜，L2即第二透镜，为凸面朝向物面的正透镜，材料为锗单晶，S4表面为非球面，L3即第三透镜，为双凸形的正透镜，材料为硅单晶，表面均为球面，该透镜组是移动镜片，当目标距离发生改变以及工作温度发生变化时，可以用该镜片重新聚焦，所述透镜组的总移动行程1.5mm；101即滤光片，为平板形透镜，材料为蓝宝石；中波制冷探测器包括：保护窗口102，成像面103，分辨率为640×512，像元大小15μm×15μm。
以上三片透镜中，S1镀硬质碳膜，S2～S6镀增透膜以保证其透过率。
表1为本实用新型的光学结构参数：
表1
| 表面 | 曲率半径 | 厚度(间隔) | 材料 | 口径 |
| S1 | 32 | 3 | GERMANIUM | 33 |
| S2 | 26.446 | 42.87 | 27.8 | |
| S3 | 280.4 | 3 | GERMANIUM | 31 |
| S4 | 116.182 | 0.5 | 28.6 | |
| S5 | 80.297 | 4 | SILICON | 31 |
| S6 | -116.84 | 9.03 | 31 |
以上三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S2，S4的非球面系数：
表2
| 表面 | 4th | 6th | 8th | 10th | 12th |
| S2 | 1.525E-06 | 7.938E-09 | -3.634E-11 | 2.09E-13 | -3.402E-16 |
| S4 | 1.294E-06 | -1.442E-10 | -1.454E-12 | 1.588E-15 | 1.365E-17 |
下面参照像差分析图对本实用新型的效果做进一步详细的描述。
图2-图4是图1所述的紧凑型中波制冷红外电动镜头的具体实例的像差分析图，图2是点列图、图3是MTF图、图4是场曲畸变图。
从图中可以发现，各种像差得到了很好的校正，弥散斑均校正到接近艾利斑大小，MTF值维持在较高水平。
所述镜头的有效焦距EFL＝25mm，F数＝2，光学系统总长＝90.4mm，适配探测器分辨率640×512，像元大小15μm。所述镜头的水平视场角范围为：2w＝21.7°。
由此可见，本实用紧凑型中波制冷红外电动镜头具有良好的成像质量。
图5是本实用新型所述的一种便捷式中波制冷电动镜头结构示意图。
图6是本实用新型所述的一种便捷式中波制冷电动镜头轴侧示意图。
第一透镜L1，通过前压圈2固定在主镜筒1上；
调焦透镜组包括第二透镜L2和第三透镜L3，第二透镜L2和第三透镜L3之间设有隔圈8，通过后压圈7固定在调焦镜筒5上，调焦镜筒5可在主镜筒1内沿轴向运动；
主镜筒1上设有直线槽，主镜筒1外侧设有调焦凸轮3，调焦凸轮3上设有曲线槽和齿轮结构；后镜筒6上设有法兰安装孔，通过螺钉固连在主镜筒1后端，调焦镜筒5上固连有导向拨钉4，导向拨钉4可在主镜筒1上的直线槽内和调焦凸轮3上的曲线槽内运动；
主镜筒1外侧设有直流微电机，直流微电机通过驱动小齿轮带动调焦凸轮3转动，进而带动调焦镜透组在主镜筒1内沿轴向运动，实现镜头的调焦(聚焦)功能。
主镜筒1固连在外壳11的前端，外壳11的后端固连有后盖板9；
外壳11侧面设有插座10，插座10可连接外部电源，继而驱动直流微电机，实现镜头的调焦(聚焦)功能；
外壳11内设有可再生电池13，可再生电池13可直接驱动直流微电机，实现镜头的调焦(聚焦)功能；
外壳11上设有船型开关12，船型开关12是三档型开关，可实现直流微电机正转、直流微电机反转和直流微电机断电的功能，进而带动调焦透镜组的前后移动，实现镜头的调焦(聚焦)功能。
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)
1.一种紧凑型中波制冷红外电动镜头，其特征在于：镜头中设置的镜片由物方到像方依次包括前固定组、调焦组以及探测器部分；
所述前固定组具有正光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，作为第一透镜，其朝向像方的一面为非球面；
所述调焦组具有正光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶负透镜，作为第二透镜，其朝向像方的一侧为非球面；一片双凸形硅单晶正透镜，作为第三透镜，表面均为球面；所述调焦组的总移动行程1.5mm，用于补偿不同温度和不同物距时像面位置的偏移；
中波制冷探测器部分，包括保护窗口、冷光阑和像面；滤光片位于第三透镜后面，保护窗口位于滤光片后面，冷光阑位于保护窗口后面。
2.根据权利要求1所述的紧凑型中波制冷红外电动镜头，其特征在于：在调教组和探测器部分之间设置有滤光片，所述滤光片不具有光焦度，为一片平板形蓝宝石透镜。
3.根据权利要求1所述的紧凑型中波制冷红外电动镜头，其特征在于：镜头结构包括主镜筒、调焦镜筒、后镜筒、直流微电机、外壳；所述主镜筒固连在外壳的前端，所述外壳的后端固连有后盖板；
第一透镜通过前压圈固定在主镜筒；
第二透镜和第三透镜之间设有隔圈，通过后压圈固定在调焦镜筒上；
所述调焦镜筒能够在主镜筒内沿轴向运动，所述主镜筒上设有直线槽，所述主镜筒外侧设有调焦凸轮，所述调焦凸轮上设有曲线槽和齿轮结构；
所述后镜筒上设有法兰安装孔，通过螺钉固连在主镜筒后端，所述调焦镜筒上固连有导向拨钉，所述导向拨钉在主镜筒上的直线槽内和调焦凸轮上的曲线槽内运动；
所述主镜筒外侧设有直流微电机，所述直流微电机通过驱动小齿轮带动调焦凸轮转动，进而带动调焦镜透组在主镜筒内沿轴向运动，实现镜头的调焦或聚焦功能。
4.根据权利要求3所述的紧凑型中波制冷红外电动镜头，其特征在于：所述外壳侧面设有插座，所述插座能够连接外部电源，继而驱动直流微电机，实现镜头的调焦或聚焦功能。
5.根据权利要求3所述的紧凑型中波制冷红外电动镜头，其特征在于：所述外壳内设有可充电电池，所述可充电电池直接驱动直流微电机，实现镜头的调焦或聚焦功能。
6.根据权利要求3所述的紧凑型中波制冷红外电动镜头，其特征在于：所述外壳上设有船型开关，所述船型开关是三档型开关，能够实现直流微电机正转、直流微电机反转和直流微电机断电的功能，进而带动调焦透镜组的前后移动，实现镜头的调焦或聚焦功能。
7.根据权利要求1所述的紧凑型中波制冷红外电动镜头，其特征在于，所述镜头满足如下参数：
所述镜头的有效焦距EFL＝25mm，F数＝2，光学系统总长＝90.4mm，适配探测器分辨率640×512，像元大小15μm。
8.根据权利要求1所述的紧凑型中波制冷红外电动镜头，其特征在于，所述镜头的水平视场角范围为：2w＝21.7°。
9.根据权利要求1所述的紧凑型中波制冷红外电动镜头，其特征在于，所述镜头的镜片中的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。
10.根据权利要求1所述的紧凑型中波制冷红外电动镜头，其特征在于，所述镜头的全视场的平均MTF>0.616@20lp/mm。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN112764298A (zh) * | 2021-01-31 | 2021-05-07 | 迪擎光电(台州)有限责任公司 | 一种投影镜头系统 |
| WO2022066782A1 (en) * | 2020-09-25 | 2022-03-31 | Flir Commercial Systems, Inc. | Imager optical systems and methods |
| CN115166952A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-10-11 | 苏州东方克洛托光电技术有限公司 | 一种非制冷型长波红外连续变焦镜头 |
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2019
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| CN115166952A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-10-11 | 苏州东方克洛托光电技术有限公司 | 一种非制冷型长波红外连续变焦镜头 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A compact medium wave cooled infrared electric lens Effective date of registration: 20220617 Granted publication date: 20200218 Pledgee: Bank of China Limited Yanjiao branch Pledgor: SANHE LENSTEC PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022990000337 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230323 Granted publication date: 20200218 Pledgee: Bank of China Limited Yanjiao branch Pledgor: SANHE LENSTEC PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022990000337 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CU01 | Correction of utility model |
Correction item: Pledgee Correct: Bank of China Limited Yanjiao Branch False: Bank of China Limited Yanjiao Branch Number: 15-02 Volume: 39 |
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| CU01 | Correction of utility model | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A compact medium wave cooled infrared electric lens Effective date of registration: 20230329 Granted publication date: 20200218 Pledgee: Bank of China Limited Yanjiao Branch Pledgor: SANHE LENSTEC PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023990000179 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 065201 Factory Building L03-G, Baishi Jingu Yanjiao International Industrial Base, Yanjiao Development Zone, Sanhe City, Langfang City, Hebei Province Patentee after: Hebei Lansitek Optoelectronic Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 065201 Factory Building L03-G, Baishi Jingu Yanjiao International Industrial Base, Yanjiao Development Zone, Sanhe City, Langfang City, Hebei Province Patentee before: SANHE LENSTEC PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Country or region before: China |
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| CP03 | Change of name, title or address |