CN212586634U - 一种经济型热成像连续变焦镜头 - Google Patents
一种经济型热成像连续变焦镜头 Download PDFInfo
- Publication number
- CN212586634U CN212586634U CN202021276211.5U CN202021276211U CN212586634U CN 212586634 U CN212586634 U CN 212586634U CN 202021276211 U CN202021276211 U CN 202021276211U CN 212586634 U CN212586634 U CN 212586634U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- group
- single crystal
- object space
- thermal imaging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001931 thermography Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 abstract description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
本申请提供一种经济型热成像连续变焦镜头，包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度的前固定组，包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜；具有负光焦度的变倍组，包括一片双凹形锗单晶负透镜；具有正光焦度的补偿组，包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜；具有正光焦度的后固定组，包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜。本申请的有益效果是：可在30mm～150mm焦段之间实现连续变倍，其F数恒定等于1.2，适用于640×512，像元大小17μm的长波非制冷探测器；其光学镜片少，整体透过率高，有良好的成像效果；相比同类型镜头成本低、重量轻、更经济实用。
Description
技术领域
本公开涉及光学镜头技术领域，具体涉及一种经济型热成像连续变焦镜头。
背景技术
随着红外技术的日趋成熟，红外光学镜头越来越向可见光镜头领域靠拢，定焦镜头已经不能满足更多场合的需求，需要使用连续变焦镜头。连续变焦镜头可以在短焦端发现目标，长焦端识别目标，同时变焦过程中图像清晰，进而持续跟踪目标。但是一般的红外连续变焦镜头，由于需要大光圈、镜片口径巨大、更多红外镜片材料的使用而导致镜头价格提高、透过率降低、削弱了系统的探测能力。因此迫切需要一种镜片少、透过率高的连续变焦镜头。这种连续变焦镜头变倍比不需要非常大，但需要尽可能地使用较少的红外镜片，同时光圈保持恒定。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题，提供一种经济型热成像连续变焦镜头。
第一方面，本申请提供一种经济型热成像连续变焦镜头，包括由物方到像方依次设置的前固定组、变倍组、补偿组、后固定组以及探测器部分；
所述前固定组具有正光焦度，包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，表面类型均为球面；
所述变倍组具有负光焦度，包括一片双凹形锗单晶负透镜，其朝向物方的一侧为非球面，所述变倍组的总移动行程50.626mm；
所述补偿组具有正光焦度，包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其远离物方的一侧为衍射面，所述补偿组的总移动行程19.926mm；
所述后固定组具有正光焦度，包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其远离物方的一侧为非球面，所述后固定组的总移动行程2.32mm；
所述探测器部分设置为长波非制冷探测器，包括保护窗口和像面；孔径光阑设置在与补偿组远离物方一侧表面重合的位置，变焦过程中F数保持恒定。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述镜头的参数设置为：有效焦距EFL＝30mm～150mm，F数＝1.2，光学系统总长＝235mm，适配探测器分辨率640×512，像元大小17μm，水平视场角范围2w＝20.5°～4.1°，全视场的平均在20lp/mm处MTF>0.45。
根据本申请实施例提供的技术方案，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。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：
φ＝A1ρ2+A2ρ4+A3ρ6
其中φ为衍射面的位相，ρ＝r/rn,rn是衍射面的规划半径，A1、A2、A3为衍射面的位相系数。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述前固定组靠近物侧的表面镀类金刚石碳膜。
本发明的有益效果：本申请提供一种拥有5倍变倍比，光学系统总长为235mm，最大口径125mm的红外变焦镜头，结构紧凑，变焦曲线平滑，镜片最大移动量为50.626mm；系统共使用四片透镜，大大降低了系统成本和重量，同时将系统的整体透过率提升到82％；另外使用折射式光学结构，装调简便、易于量产。整个变焦范围内成像质量优良，全视场的平均在20lp/mm处MTF>0.45，相对同类型镜头缩小了镜片口径，成本更加低廉。
附图说明
图1是本实用新型提供的经济型热成像连续变焦镜头的焦距为30mm时的光学系统图；
图2是本实用新型提供的经济型热成像连续变焦镜头的焦距为30mm时的点列图；
图3是本实用新型提供的经济型热成像连续变焦镜头的焦距为30mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
图4是本实用新型提供的经济型热成像连续变焦镜头的焦距为30mm时的场曲畸变图；
图5是本实用新型提供的经济型热成像连续变焦镜头的焦距为150mm时的光学系统图；
图6是本实用新型提供的经济型热成像连续变焦镜头的焦距为150mm时的点列图；
图7是本实用新型提供的经济型热成像连续变焦镜头的焦距为150mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
图8是本实用新型提供的经济型热成像连续变焦镜头的焦距为150mm时的场曲畸变图。
其中，100-物空间，L1-前固定组，L2-变倍组，L3-补偿组，L4-后固定组，101-保护窗口，102-像面，S1～S8为透镜各个表面。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
本实施例是本实用新型应用于长波非制冷型分辨率640×512像元尺寸17μm凝视型焦平面探测器的实施例。
图1、图5分别为本实用新型在焦距30mm，150mm时的光学系统图，镜头的结构相同，以其中一个图为例作为说明。
如图1所示，本实用新型由物方到像方依次设置的：正光焦度的前固定组L1、负光焦度的变倍组L2、正光焦度的补偿组L3、正光焦度的后固定组L4以及探测器组成。
前固定组L1即第一透镜，为凸面朝向物方的正透镜，材料为锗单晶，其两个表面S1、S2均为球面。
变倍组L2即第二透镜，为双凹形为负透镜，材料为锗单晶，S3表面为非球面，该透镜是移动镜片，起到了变焦过程中变倍的作用，移动曲线为直线，总移动行程50.626mm。
补偿组L3即第三透镜，为凸面朝向物方的弯月形的正透镜，材料为锗单晶，S6表面为衍射非球面，该透镜是移动镜片，当变倍组镜片移动时，补偿组镜片做相应的移动从而保证像面位置不变，移动曲线为8次抛物线，总移动行程19.926mm。
后固定组L4即第四透镜，为凸面朝向物方的弯月形正透镜，材料为锗单晶，S8表面为非球面，该透镜是移动镜片，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，总移动行程2.32mm。
长波非制冷探测器包括：保护窗口101，成像面102，分辨率为640×512，像元大小17μmx17μm。
以上四片透镜中，第一透镜S1表面镀类金刚石碳膜，因为该表面外露，需要镀类金刚石碳膜碳膜起保护性作用，其余S2～S8表面均镀增透膜。
表1为本实用新型在焦距30mm，150mm时的光学结构参数：
表1
| 表面 | 曲率半径 | 30mm/150mm时的厚度(间隔) | 材料 | 口径 |
| S1 | 158.89 | 9.8 | GE_LONG | 125 |
| S2 | 255.7 | 30.1/81.726 | 122 | |
| S3 | -174.348 | 2.5 | GE_LONG | 42 |
| S4 | 174.58 | 60.836/9.08 | 40 | |
| S5 | 139.83 | 3.5 | GE_LONG | 45 |
| S6 | 269.777 | 75.296/75.424 | 42.8 | |
| S7 | 76.38 | 5.8 | GE_LONG | 60 |
| S8 | 141.949 | 44.798 | 58 |
以上各个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S3，S6，S8的非球面系数：
表2
| 表面 | 4th | 6th | 8th | 10th | 12th |
| S3 | 3.9657E-007 | 9.8997E-011 | -6.8345E-013 | 1.4293E-015 | -1.2252E-018 |
| S6 | 1.5611E-007 | -4.7963E-011 | 1.1749E-013 | -2.2599E-016 | 1.6587E-019 |
| S8 | 1.0861E-007 | 2.7034E-011 | -3.7331E-014 | 2.2633E-017 | -4.5199E-021 |
以上各个透镜中提及的衍射面，其表达式如下：
φ＝A1ρ2+A2ρ4+A3ρ6
其中φ为衍射面的位相，ρ＝r/rn,rn是衍射面的规划半径，A1、A2、A3为衍射面的位相系数。
表3为表面S6的衍射系数：
表3
| 表面 | |||
| S6 | -11.04701 | 0.02923 | 0.08199 |
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所述的经济型热成像连续变焦镜头的具体实施例在短焦状态时的像差分析图，图2是点列图、图3是MTF图、图4是场曲畸变图。
图6-图8是图5所述的经济型热成像连续变焦镜头的具体实施例在长焦状态时的像差分析图，图6是点列图、图7是MTF图、图8是场曲畸变图。
从图中可以发现，各个焦段的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接近衍射极限，畸变<5％。
本实用新型提供的镜头，其工作波段为8μm～12μm，焦距为30mm～150mm，F数＝1.2，即焦距为30mm时F数为1.2，焦距为150mm时F数为1.2，适配分辨率为640×512，像元大小17μm的非制冷探测器，光学系统总长235mm，最大口径125mm。所述镜头的水平视场角范围为：2w＝20.5°～4.1°。
由此可见，本实用新型长焦距经济型热成像连续变焦镜头具有良好的成像质量。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。
Claims (5)
1.一种经济型热成像连续变焦镜头，其特征在于，包括由物方到像方依次设置的前固定组、变倍组、补偿组、后固定组以及探测器部分；
所述前固定组具有正光焦度，包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，表面类型均为球面；
所述变倍组具有负光焦度，包括一片双凹形锗单晶负透镜，其朝向物方的一侧为非球面，所述变倍组的总移动行程50.626mm；
所述补偿组具有正光焦度，包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其远离物方的一侧为衍射面，所述补偿组的总移动行程19.926mm；
所述后固定组具有正光焦度，包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其远离物方的一侧为非球面，所述后固定组的总移动行程2.32mm；
所述探测器部分设置为长波非制冷探测器，包括保护窗口和像面；孔径光阑设置在与补偿组远离物方一侧表面重合的位置，变焦过程中F数保持恒定。
2.根据权利要求1所述的经济型热成像连续变焦镜头，其特征在于，所述镜头的参数设置为：有效焦距EFL＝30mm～150mm，F数＝1.2，光学系统总长＝235mm，适配探测器分辨率640×512，像元大小17μm，水平视场角范围2w＝20.5°～4.1°，全视场平均在20lp/mm处MTF>0.45。
3.根据权利要求1所述的经济型热成像连续变焦镜头，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。
4.根据权利要求1所述的经济型热成像连续变焦镜头，其特征在于，所述镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：
φ＝A1ρ2+A2ρ4+A3ρ6
其中φ为衍射面的位相，ρ＝r/rn,rn是衍射面的规划半径，A1、A2、A3为衍射面的位相系数。
5.根据权利要求1所述的经济型热成像连续变焦镜头，其特征在于，所述前固定组靠近物侧的表面镀类金刚石碳膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021276211.5U CN212586634U (zh) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | 一种经济型热成像连续变焦镜头 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021276211.5U CN212586634U (zh) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | 一种经济型热成像连续变焦镜头 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212586634U true CN212586634U (zh) | 2021-02-23 |
Family
ID=74655009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202021276211.5U Active CN212586634U (zh) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | 一种经济型热成像连续变焦镜头 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212586634U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113933955A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-01-14 | 浙江大立科技股份有限公司 | 适配高清组件的长波红外镜头 |
| CN115202014A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-10-18 | 昆明物理研究所 | 紧凑非制冷长波红外连续变焦光学系统 |
-
2020
- 2020-07-03 CN CN202021276211.5U patent/CN212586634U/zh active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113933955A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-01-14 | 浙江大立科技股份有限公司 | 适配高清组件的长波红外镜头 |
| CN115202014A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-10-18 | 昆明物理研究所 | 紧凑非制冷长波红外连续变焦光学系统 |
| CN115202014B (zh) * | 2022-06-02 | 2023-11-03 | 昆明物理研究所 | 紧凑非制冷长波红外连续变焦光学系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111999869B (zh) | 一种红外共焦的变焦镜头 | |
| CN210090810U (zh) | 一种经济型中波红外制冷连续变焦镜头 | |
| CN114236780B (zh) | 一种广角镜头 | |
| CN202204981U (zh) | 一种非致冷长波红外连续变焦镜头 | |
| CN107991763B (zh) | 一种高清长焦距长波红外镜头 | |
| CN109541788B (zh) | 一种非制冷连续变焦光学被动式无热化镜头 | |
| CN212586634U (zh) | 一种经济型热成像连续变焦镜头 | |
| CN212540843U (zh) | 一种便携式大视场红外测温镜头 | |
| CN212569271U (zh) | 一种轻小型中波红外制冷连续变焦镜头 | |
| JP5570171B2 (ja) | 撮像装置及び監視カメラ | |
| CN210090813U (zh) | 一种经济型热成像连续变焦镜头 | |
| CN210090814U (zh) | 一种长焦距中波红外制冷双视场镜头 | |
| CN205263386U (zh) | 一种长焦距长波红外连续变焦镜头 | |
| CN207216127U (zh) | 一种长焦距长波红外连续变焦镜头 | |
| CN113589505A (zh) | 一种变焦镜头和成像装置 | |
| CN112612129A (zh) | 一种小型化中波红外制冷连续变焦镜头及光学系统 | |
| CN202453576U (zh) | 一种广角变焦镜头 | |
| CN114355559A (zh) | 一种大孔径高解析力光学镜头 | |
| CN213517725U (zh) | 一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头 | |
| CN203965714U (zh) | 一种长焦距长波红外连续变焦镜头 | |
| CN211061769U (zh) | 一种三导轨大变倍比中波红外制冷连续变焦镜头 | |
| CN216133244U (zh) | 一种高变倍比长波红外连续变焦镜头 | |
| CN214474202U (zh) | 一种低成本连续变倍红外物镜 | |
| CN115236843A (zh) | 变焦镜头 | |
| CN210442569U (zh) | 一种变倍比可调紧凑型中波红外连续变焦镜头 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210303 Address after: 065200 l03-g workshop in Baishi Jingu Yanjiao international industrial base, west of Yingbin North Road and north of Gushan West Road, Yanjiao Development Zone, Sanhe City, Langfang City, Hebei Province Patentee after: SANHE LENSTEC PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 101322 Room 601, 6th floor, building 3, yard 6, Antai street, Konggang street, Shunyi District, Beijing Patentee before: BEIJING LENSTECH SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 065200 l03-g workshop in Baishi Jingu Yanjiao international industrial base, west of Yingbin North Road and north of Gushan West Road, Yanjiao Development Zone, Sanhe City, Langfang City, Hebei Province Patentee after: Hebei Lansitek Optoelectronic Technology Co.,Ltd. Address before: 065200 l03-g workshop in Baishi Jingu Yanjiao international industrial base, west of Yingbin North Road and north of Gushan West Road, Yanjiao Development Zone, Sanhe City, Langfang City, Hebei Province Patentee before: SANHE LENSTEC PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |