CN213517725U - 一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头 - Google Patents
一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头，包括从物方到像方依次设置的前固定组、变倍组、后固定组和探测器；所述前固定组为一片凹面朝向像方的弯月形锗正透镜；所述变倍组为一片双面均为凹面的锗透镜，朝向物方的一侧为二元衍射面；所述后固定组包括三片透镜，一片为凹面朝向像方的弯月形锗透镜，朝向物方的一侧为高次非球面；一片为凹面朝向像方的弯月形锗透镜，朝向物方的一侧为高次非球面；一片为凸面朝向像方的弯月形锗透镜，朝向物方的一侧为高次非球面；所以探测器包括锗保护窗口和长波非制冷探测器。本实用新型具有4倍变焦，大靶面，可在广角探测到目标，又可以在长焦识别目标。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学成像领域，尤其涉及一种大靶面长焦距快速切换的长波红外双视场镜头。
背景技术
红外透镜因具有在恶劣天气下成像清晰、可全天工作等优点而广泛的应用于军事、安防等领域。双视场具有快速变换视场的优点，可在广角探测目标，在长焦识别目标，且变换视场速度快，在侦查方面具有明显优势。但是现有的红外双视场热像仪普遍适用于分辨率为640*512的探测器，随着红外探测器技术的发展，对双视场镜头提出了更高的要求，需要具有大靶面长焦距的镜头。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本实用新型提供一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头，具有4倍变焦，大靶面，可在广角探测到目标，又可以在长焦识别目标。
为了解决所述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头，从物方到像方依次包括前固定组、变倍组、后固定组和探测器；
所述前固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗正透镜；
所述变倍组具有负光焦度，为一片双面均为凹面的锗透镜，朝向物方的一侧为二元衍射面；
所述后固定组包括三片透镜，分别为第一后固定组、第二后固定组和第三后固定组；
所述第一后固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗透镜，朝向物方的一侧为高次非球面；
所述第二后固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗透镜，朝向物方的一侧为高次非球面；
所述第三后固定组具有正光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗透镜，朝向物方的一侧为高次非球面；
所以探测器包括锗保护窗口和长波非制冷探测器。
进一步的，本光学镜头4倍变焦。
进一步的，本光学镜头的工作波长为8-12um，焦距为75-300mm，光学F数为1.2，光学总长为360mm，最大口径为258mm。
进一步的，本光学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，距离非球面顶点的距离矢高，c表示非球面的顶点曲率，k为圆锥系数，α2、α3、α4、α5、α6为高次非球面系数。
进一步的，本光学镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：
φ＝A1ρ2+A2ρ4，其中φ为衍射面的位相，ρ＝r/rn，rn是衍射面的规划半径，r是相对光轴垂直方向的高度，A1、A2为衍射面的位相系数。
本实用的有益效果为:采用5片镜片实现长焦距、4倍变焦比的设计，有效减少镜头尺寸的同时控制镜头重量；组合使用高次非球面和二元衍射面，矫正系统中的球差和色差，提高成像质量；变倍组只有一片镜片，方便装调和设计；匹配分辨率为1280*1024、像元大小为12微米的机芯，具有更高的分辨率。
附图说明
图1为本实用新型在焦距为75mm时的光学系统图；
图2为本实用新型在焦距为75mm时的点列图；
图3为本实用新型在焦距为75mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
图4为本实用新型在焦距为75mm时的象散畸变图；
图5为本实用新型在焦距为300mm时的光学系统图；
图6为本实用新型在焦距为300mm时的点列图；
图7为本实用新型在焦距为300mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
图8为本实用新型在焦距为300mm时的象散畸变图；
其中：100、物空间，200、前固定组，300、变倍组，410、第一后固定组，420、第二后固定组，430、第三后固定组，500、探测器组件，510、保护窗口，520、长波非制冷探测器，S1～S10为透镜各个表面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例公开一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头，图1、图5分别为本实用新型短焦为75mm、长焦为300mm的光学系统图，所述镜头的结构相同，以其中图1为例进行说明。
如图1所示，本实施所述光学镜头包括从物方即图1中的物空间100到像方依次设置的前固定组200、变倍组300、后固定组和探测器组件500；
所述前固定组200即第一透镜，具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗正透镜，材料为锗单晶，前固定组的两面即S1、S2均为球面。
所述变倍组300即第二透镜，具有负光焦度，为一片双面均为凹面的锗透镜，朝向物方的一侧S3为二元衍射面。变倍组300是移动的，具有变换焦距和视场的作用，总移动行程为82mm。
所述后固定组包括三片透镜，分别为第一后固定组410、第二后固定组420和第三后固定组430；
所述第一后固定组410即第三透镜，具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗透镜，材料为锗单晶，朝向物方的一侧积S5面为高次非球面。
所述第二后固定组420即第四透镜，具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗透镜，材料为锗单晶，朝向物方的一侧即S7面为高次非球面；
所述第三后固定组430即第五透镜，具有正光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗透镜，材料为哂化锌，朝向物方的一侧即S9面为高次非球面；
所以探测器包括锗保护窗口510和长波非制冷探测器520，分辨率为1280*1024，像元大小12μm。
本实施例中，所述镜头的工作波段为8-12微米，工作F数为1.2，焦距为75-300mm，光学总长为360mm，最大口径为258mm。
表1为本实用新型在焦距75mm、300mm时的光学结构参数：
表1
以上四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，距离非球面顶点的距离矢高，c表示非球面的顶点曲率，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，S7，S9的非球面系数：
表2
| 表面 | α<sub>2</sub> | α<sub>3</sub> | α<sub>5</sub> | α<sub>6</sub> |
| S3 | 6.261e-8 | -4.676e-12 | 1.836e-15 | -2.801e-19 |
| S6 | 1.455e-8 | 2.798e-12 | -1.665e-15 | 2.351e-19 |
| S7 | -2.778e-7 | -2.947e-11 | -3.925e-14 | 1.678e-17 |
| S9 | -3.507e-7 | -4.155e-10 | 5.1939e-13 | -3.993e-16 |
以上四片透镜中提及的衍射面，其表达式如下：
φ＝A1ρ2+A2ρ4，
其中φ为衍射面的位相，ρ＝r/rn，rn是衍射面的规划半径，r是相对光轴垂直方向的高度，A1、A2为衍射面的位相系数。
表3为表面S3的衍射系数：
表3
| 表面 | A1 | A2 |
| S3 | -56.178 | 27 |
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至图4、图5至图8是本实施例在75mm和300mm焦距的传递函数图、弥散斑图、像散畸变图，从图中可以发现，各个焦段的各种像差得到了很好的校正。
由此可见，本实用新型切入式轻型长波红外双视场镜头具有良好的成像质量。
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 (5)
1.一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头，其特征在于：从物方到像方依次包括前固定组、变倍组、后固定组和探测器；
所述前固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗正透镜；
所述变倍组具有负光焦度，为一片双面均为凹面的锗透镜，朝向物方的一侧为二元衍射面；
所述后固定组包括三片透镜，分别为第一后固定组、第二后固定组和第三后固定组；
所述第一后固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗透镜，朝向物方的一侧为高次非球面；
所述第二后固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗透镜，朝向物方的一侧为高次非球面；
所述第三后固定组具有正光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗透镜，朝向物方的一侧为高次非球面；
所以探测器包括锗保护窗口和长波非制冷探测器。
2.根据权利要求1所述的大靶面长焦距双视场红外光学镜头，其特征在于：本光学镜头4倍变焦。
3.根据权利要求1所述的大靶面长焦距双视场红外光学镜头，其特征在于：本光学镜头的工作波长为8-12um，焦距为75-300mm，光学F数为1.2，光学总长为360mm，最大口径为258mm。
4.根据权利要求1所述的大靶面长焦距双视场红外光学镜头，其特征在于：本光学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，距离非球面顶点的距离矢高，c表示非球面的顶点曲率，k为圆锥系数，α2、α3、α4、α5、α6为高次非球面系数。
5.根据权利要求1所述的大靶面长焦距双视场红外光学镜头，其特征在于：本光学镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：
φ＝A1ρ2+A2ρ4，
其中φ为衍射面的位相，ρ＝r/rn，rn是衍射面的规划半径，r是相对光轴垂直方向的
高度，A1、A2为衍射面的位相系数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202022931233.7U CN213517725U (zh) | 2020-12-07 | 2020-12-07 | 一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头 |
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| CN202022931233.7U Active CN213517725U (zh) | 2020-12-07 | 2020-12-07 | 一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN213517725U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114265191A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-01 | 山东神戎电子股份有限公司 | 一种大变倍比主动式无热化红外变焦镜头 |
| CN114994864A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-09-02 | 福建福光股份有限公司 | 一种焦距15-75mm长波非制冷双视场红外镜头 |
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2020
- 2020-12-07 CN CN202022931233.7U patent/CN213517725U/zh active Active
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