CN210835404U - 一种长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，该长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头包括机械系统，以及安装在所述机械系统内的光学系统，光学系统包括沿光线入射方向依次设置的第一正弯月透镜L1、第一负弯月透镜L2以及第二正弯月透镜L3，第一负弯月透镜L2朝向第一正弯月透镜L1的一侧为非球面，第二正弯月透镜L3朝向第一负弯月透镜L2的一侧为非球面。本实用新型的长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，结构轻巧，分辨率高，且成像质量优良。

Description

一种长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头

技术领域

本申请属于光学技术领域，具体涉及一种长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头。

背景技术

作为一种被动式成像光学系统，长波红外热成像系统具有全天时、全天候工作能力，且具有抗伪装、抗烟尘及抗雾霾能力强的特点，在安防监控监视、森林防火火点精准探测、海上遇险救援、边境海岸线国土防御等领域有着广泛应用。

当前国内长波红外镜头的焦距较短，多在100mm以内，探测能力偏弱；分辨率多在35万像素以内，图像较为模糊。在使用时需要组合较多镜头一起工作，方能覆盖全部区域，这无疑增大了采购成本和维护成本。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，结构轻巧，分辨率高，且成像质量优良。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，所述长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头包括机械系统，以及安装在所述机械系统内的光学系统；

所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置的第一正弯月透镜L1、第一负弯月透镜L2以及第二正弯月透镜L3，所述第一负弯月透镜L2朝向第一正弯月透镜L1的一侧为非球面，所述第二正弯月透镜L3朝向第一负弯月透镜L2的一侧为非球面。

作为优选，所述第一正弯月透镜L1的材料为锗，所述第一负弯月透镜L2的材料为硫系玻璃，所述第二正弯月透镜L3材料为硫系玻璃。

作为优选，所述非球面满足下列表达式：

式中，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。

作为优选，所述第一正弯月透镜L1与第一负弯月透镜L2之间的空气间隔为127.90mm，所述第一负弯月透镜L2与第二正弯月透镜L3之间的空气间隔为28.50mm。

作为优选，所述第二正弯月透镜L3为调焦组，所述调焦组的移动范围为±2.5mm。

作为优选，所述机械系统包括镜筒，以及安装在所述镜筒上的调焦电机，所述调焦电机的输出轴连接有齿轮，所述齿轮用于驱动所述第二正弯月透镜L3移动；

所述机械系统还包括与所述第二正弯月透镜L3连接的导向钉，以及与所述导向钉配合且用于限制所述导向钉沿直线运动的导向槽，沿所述导向槽的长度方向相对布置有两个用于限制第二正弯月透镜L3的移动范围的限位开关。

本申请提供的长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，仅使用3片镜片，通过采用“+、-、+”的光学结构，合理的选择非球面位置，以达到以下效果：1)具有200mm长焦距，探测距离远；2)能够匹配130万像素1280*1024 12um非制冷长波红外探测器，分辨率高；3)成像质量优良：在特征频率42lp/mm处，全视场MTF大于0.31，接近衍射极限。

附图说明

图1为本申请的光学系统的一种实施例的结构示意图；

图2为本申请的光学系统的一种实施例的斑点图；

图3为本申请的光学系统的一种实施例的MTF图；

图4为本申请的光学系统的一种实施例的场曲、畸变图；

图5为本申请的机械系统的一种实施例的结构示意图。

图中：4、机械系统；41、镜筒；42、调焦电机；43、调焦齿轮；44、探测器转接座；45、限位开关；46、导向钉。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件；当组件被称用于“驱动”另一个组件时，它可以直接作用于另一个组件或者也可以存在居中的组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

如图1所示，其中一个实施例中，提供一种长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，该长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头包括机械系统，以及安装在所述机械系统内的光学系统。

其中，光学系统包括沿光线入射方向依次设置的第一正弯月透镜L1、第一负弯月透镜L2以及第二正弯月透镜L3，第一负弯月透镜L2朝向第一正弯月透镜L1的一侧为非球面，第二正弯月透镜L3朝向第一负弯月透镜L2的一侧为非球面。

本实施例的长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，仅使用3片镜片，使镜头的结构外型紧凑轻巧，且通过采用“+、-、+”的光学结构，合理的选择非球面位置，以满足130万像素的分辨率，透过率高，成像质量优良的需求。

本实施例中的光线入射方向应理解为图1中从左至右的方向。

在镜片材料的选择中，可以采用玻璃材质，也可以采用塑料材质，玻璃材质的型号例如S-LAH55、N-SF15、M-LAC130等；塑料材质的型号例如E48R等，不同的镜片材料可满足不同需求的光学系统。

在一个实施例中，为了得到更高的分辨率，设置第一正弯月透镜L1的材料为锗，第一负弯月透镜L2的材料为硫系玻璃，第二正弯月透镜L3材料为硫系玻璃。

在一个实施例中，第一正弯月透镜L1与第一负弯月透镜L2之间的空气间隔为127.90mm，第一负弯月透镜L2与第二正弯月透镜L3之间的空气间隔为28.50mm。

在一个实施例中，第二正弯月透镜L3为调焦组，调焦组的移动范围为±2.5mm。光学系统通过调焦组的前、后移动实现高低温及近摄距补偿。

结合上述各实施例，得到本申请长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头的优选参数如下表1所示。

表1光学元件参数表

表1中，L1表示第一正弯月透镜L1，其余同理；S1至S6表示镜片L1至L3从左到右的各镜面，可参见图1所示；R为透镜镜面的近轴曲率半径。

L1～L3的3片透镜中，仅为透镜L2的S3面为非球面和透镜L3的S5面为非球面，且两非球面的参数如表2所示。

表2非球面数据

面序号	K	A	B	C	D
						S3	0	1.169E-004	-4.164E-006	-1.501E-009	0
S5	0	3.458E-005	2.634E-007	2.415E-009	-3.825E-013

表2中，K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。

非球面在满足上述参数时，同时满足下列表达式：

式中，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。

由上述镜片构成的镜头的光学结构具有以下光学指标：

(1)焦距：f′＝200mm；

(2)视场角范围：4.4°(H)*3.52°(V)；

(3)相对孔径：1:1.2；

(4)分辨率：1280(H)*1024(V)；

(5)像元大小：12*12um；

(6)工作温度：-40℃～+80℃；

(7)光学系统体积小于170.0mm(宽)*170.0mm(高)*180.0mm(长)；

(8)光学镜片重量：1050.2g。

以上述光学系统为试验对象进行检测，检测结果如下所示：

如图2所示，光学系统斑点均方根(RMS)值不大于8.0um，小于像元大小12um，满足成像要求。

如图3所示，光学系统在特征频率(42lp/mm)下MTF大于0.31，接近衍射极限，成像质量优良。

如图4所示，光学系统全视场畸变小于0.42％，畸变低。

由上述光学指标和试验结果可得，本实施例提供的光学系统，使用了3片镜片，通过采用“+、-、+”的光学结构，合理的选择非球面位置，达到成像质量优良，畸变低，焦距长，分辨率高的优点。

其中，试验步骤采用的是镜头检测的常规步骤，在此不再进行赘述。

在另一个实施例中，提供了长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头的机械系统，机械系统能够满足本申请镜头的电动调焦，可采用现有技术中的机械系统实现镜头的电动调焦。

如图5所示，在一个实施例中，为了配合本申请的光学系统，提供一种机械系统4，该机械系统4包括镜筒41，以及安装在镜筒41上的调焦电机42，调焦电机42的输出轴连接有齿轮43，齿轮43用于驱动第二正弯月透镜L3移动，相对于光轴前后移动。

机械系统还包括与第二正弯月透镜L3连接的导向钉46，以及与导向钉46配合且用于限制导向钉46沿直线运动的导向槽，即实现第二正弯月透镜L3的前后平移，沿导向槽的长度方向相对布置有两个用于限制第二正弯月透镜L3的移动范围的限位开关45。

本实施例中的机械系统大部分零件采用铝合金制作，结构稳定可靠；机械系统的调焦电机42、齿轮43等零件的安装方式简单方便，操作性强；限位开关45限制了导向钉46的前后移动距离；根据导向钉46的位置，调整并固定两个限位开关45的位置，从而确保第二弯月透镜L3的调焦范围满足使用要求。

镜筒上还安装有探测器转接座44，探测器转接座44上带有与探测器相匹配的螺纹接口，可根据不同的接口类型进行更改。

机械系统的结构上采用齿轮传动及螺纹传动相结合的形式实现调焦功能，调焦电机与齿轮安装简单，调焦稳定准确，性能可靠。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，其特征在于，所述长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头包括机械系统，以及安装在所述机械系统内的光学系统；

所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置的第一正弯月透镜(L1)、第一负弯月透镜(L2)以及第二正弯月透镜(L3)，所述第一负弯月透镜(L2)朝向第一正弯月透镜(L1)的一侧为非球面，所述第二正弯月透镜(L3)朝向第一负弯月透镜(L2)的一侧为非球面。

2.如权利要求1所述的长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，其特征在于，所述第一正弯月透镜(L1)的材料为锗，所述第一负弯月透镜(L2)的材料为硫系玻璃，所述第二正弯月透镜(L3)材料为硫系玻璃。

3.如权利要求1所述的长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，其特征在于，所述非球面满足下列表达式：

式中，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。

4.如权利要求1所述的长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，其特征在于，所述第一正弯月透镜(L1)与第一负弯月透镜(L2)之间的空气间隔为127.90mm，所述第一负弯月透镜(L2)与第二正弯月透镜(L3)之间的空气间隔为28.50mm。

5.如权利要求1所述的长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，其特征在于，所述第二正弯月透镜(L3)为调焦组，所述调焦组的移动范围为±2.5mm。

6.如权利要求5所述的长波红外长焦距高分辨率电动定焦镜头，其特征在于，所述机械系统包括镜筒(41)，以及安装在所述镜筒(41)上的调焦电机(42)，所述调焦电机(42)的输出轴连接有齿轮(43)，所述齿轮(43)用于驱动所述第二正弯月透镜(L3)移动；

所述机械系统还包括与所述第二正弯月透镜(L3)连接的导向钉(46)，以及与所述导向钉(46)配合且用于限制所述导向钉(46)沿直线运动的导向槽，沿所述导向槽的长度方向相对布置有两个用于限制第二正弯月透镜(L3)的移动范围的限位开关(45)。

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