CN216310402U - 一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头，包括由物面到像面沿光轴依次设置的前固定组、变倍组、调焦组、补偿组、后固定组；所述前固定组为正透镜组，用于确定变焦镜头的位置，所述前固定组包括第一透镜和第二透镜；所述变倍组为负透镜组，包括第三透镜；所述调焦组为正透镜组，包括第四透镜；所述补偿组包括第五透镜；所述后固定组为正透镜组，包括第六透镜、第七透镜、第八透镜；所述第一透镜为负光焦度的弯月型透镜，凸面朝向物方，朝向像面的一面采用非球面；本实用新型实现了在制冷探测器匹配要求下，焦距15‑300mm，变倍比达到20X，光学总长仅有145mm，重量轻，满足无热化设计，易安装及易实现标准化批量生产。

Description

一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头

技术领域

本实用新型涉及一种红外变焦镜头，具体是一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头。

背景技术

红外探测技术具有抗干扰性能好,晚间作用距离更远，穿透烟尘和雾霾能力强，可昼夜工作，适用各种天气的能力强。

制冷中波红外变焦镜头是配合红外制冷探测器使用，用于无需辅助光源的夜间监控系统，根据其光学特性既可用于大视场目标搜索，又可以用于小视场跟踪目标，广泛应用于军用到民用的安防警戒、侦查等领域，应用前景非常广泛，需求也日益增加。

制冷探测器有着较高的探测灵敏度，更容易满足军事领域对红外探测系统远作用距离，高温度分辨率，高空间分辨率的要求，在红外探测领域有着广泛应用，近几年随着无人机的飞跃性发展，对红外镜头在重量，结构上提出了更高的要求。

红外变焦镜头，可以同时满足短焦时发现目标，长焦时识别目标的要求，在变焦过程中不丢失目标；受限于能够透过中波段红外光材料非常稀少的限制，设计大变倍比中波变焦红外镜头有了更高一个层次的困难，而且更高清晰度、更大变倍比的同时有更型紧凑的光学镜头结构需求尤为突出。

因此亟需一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头，包括由物面到像面沿光轴依次设置的前固定组、变倍组、调焦组、补偿组、后固定组；

所述前固定组为正透镜组，用于确定变焦镜头的位置，所述前固定组包括第一透镜和第二透镜；

所述变倍组为负透镜组，包括第三透镜；

所述调焦组为正透镜组，包括第四透镜；

所述补偿组包括第五透镜；

所述后固定组为正透镜组，包括第六透镜、第七透镜、第八透镜。

作为本实用新型进一步的方案：所述第一透镜为负光焦度的弯月型透镜，凸面朝向物方，朝向像面的一面采用非球面；

所述第二透镜为正光焦度的弯月透镜，朝向像面的一面采用非球面；

所述第三透镜为负光焦度的双凹透镜，两面均采用非球面；

所述第四透镜为正光焦度的双凸透镜，两面均采用非球面；

所述第五透镜为负光焦度的弯月透镜，凸面朝向像面；

所述第六透镜为正光焦度的双凸透镜，朝向像面的一面采用非球面；

所述第七透镜为负光焦度的弯月透镜，朝向物面的一面采用非球面；

所述第八透镜为正光焦度的双凸透镜，朝向像面的一面采用非球面。

作为本实用新型进一步的方案：所述第一透镜和第二透镜的相邻面的间隔距离为0.4mm，所述第六透镜与第七透镜的相邻面的间隔距离为4.98mm，所述第七透镜与第八透镜的相邻面的间隔距离为0.2mm。

作为本实用新型再进一步的方案：所述第一透镜、第三透镜、第七透镜的材质为锗，所述第二透镜、第四透镜、第六透镜、第八透镜的材质为硅，所述第五透镜的材质为硫化锌。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型实现了在制冷探测器匹配要求下，焦距15-300mm，变倍比达到20X，光学总长仅有145mm，结构简单紧凑，重量轻，满足无热化设计，易安装及易实现标准化批量生产。

2、现有红外镜头的光学玻璃材料均有很高的热膨胀系数，必须充分考虑无热化设计或进行热补偿，本方案在光学结构设计中实现虚焦校正功能，使成像效果在低温-40℃至高温+60℃下均具有高频高品质像质。

附图说明

图1为一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头的结构示意图。

其中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下将结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有说明书特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

请参阅图1，本实用新型实施例中，一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头，包括由物面到像面沿光轴依次设置的前固定组、变倍组、调焦组、补偿组、后固定组；

所述前固定组为正透镜组，用于确定变焦镜头的位置，所述前固定组包括第一透镜1和第二透镜2；

所述变倍组为负透镜组，用于改变系统的放大率，包括第三透镜3；

所述调焦组为正透镜组，包括第四透镜4，变倍过程中，第三组调焦组和第二组变倍组同时移动，以改变系统的组合焦距，并保证像面位置不动，使系统在变焦过程中获得连续清晰的像；

所述补偿组包括第五透镜5，用于补偿由于温度变化引起的像面位移，使像面稳定；

所述后固定组为正透镜组，包括第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8。

所述第一透镜1为负光焦度的弯月型透镜，凸面朝向物方，朝向像面的一面采用非球面；

所述第二透镜2为正光焦度的弯月透镜，朝向像面的一面采用非球面；

所述第三透镜3为负光焦度的双凹透镜，两面均采用非球面；

所述第四透镜4为正光焦度的双凸透镜，两面均采用非球面；

所述第五透镜5为负光焦度的弯月透镜，凸面朝向像面；

所述第六透镜6为正光焦度的双凸透镜，朝向像面的一面采用非球面；

所述第七透镜7为负光焦度的弯月透镜，朝向物面的一面采用非球面；

所述第八透镜8为正光焦度的双凸透镜，朝向像面的一面采用非球面；

光阑设置于冷阑表面。

所述第一透镜1和第二透镜2的相邻面的间隔距离为0.4mm，所述第六透镜6与第七透镜7的相邻面的间隔距离为4.98mm，所述第七透镜7与第八透镜8的相邻面的间隔距离为0.2mm。

所述第一透镜1、第三透镜3、第七透镜7的材质为锗，所述第二透镜2、第四透镜4、第六透镜6、第八透镜8的材质为硅，所述第五透镜5的材质为硫化锌。

具体的，本实用新型中各透镜的规格参数如表1所示:

表1

其中非球面满足如下公式：

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失高，c＝1/R,R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆椎系数；A,B,C,D为高次非球面系数。

变焦组和补偿组的间距配合移动实现变焦过程，请参考表2：

表2

本方案中镜头实现的成像质量如下：

a)MTF：

15mm焦距，在空间频率33lp/mm处，中心0.7视场MTF大于0.3，边缘视场大于0.26；

300mm焦距，在空间频率33lp/mm处，中心0.7视场MTF大于0.3，边缘视场大于0.24；

b)弥散特性：光学成像弥散特性如表3和表4所示：

表3：焦距300mm的弥散特性

表4：焦距15mm的弥散特性

c)畸变特性：焦距300mm成像最大畸变不大于1％，焦距15mm成像最大畸变不大于1.5％；

d)虚焦校正：第五片透镜向远离第一片透镜方向移动3.5mm,实现虚焦校正功能。

e)本方案采用同种锗、硅材料、硫化锌材料，经过设计优化，通过第五片透镜的轴向移动调节和像质补偿，在环境温度-40℃～+60℃内均具有高品质成像像质。

本光学镜头系统实现了如下的技术指标：

1)工作波段：3μm-5μm；

2)在56.17mm移动行程范围内实现20变倍比；

3)焦距：15mm～300mm；

4)成像范围：2m～∞；

5)F#：4；

6)探测器：兼容多种中波红外制冷探测器；

7)最大视场角35.49°(H)X28.72°(V)；最小视场角1.83°(H)X1.47°(V)；

8)光学总长145mm；

9)进行无热化设计，满足环境温度-40℃～-60℃的温差变化。

10)可通过移动调焦补偿组实现虚焦校正功能。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (4)

1.一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头，其特征在于：包括由物面到像面沿光轴依次设置的前固定组、变倍组、调焦组、补偿组、后固定组；

所述前固定组为正透镜组，用于确定变焦镜头的位置，所述前固定组包括第一透镜(1)和第二透镜(2)；

所述变倍组为负透镜组，包括第三透镜(3)；

所述调焦组为正透镜组，包括第四透镜(4)；

所述补偿组包括第五透镜(5)；

所述后固定组为正透镜组，包括第六透镜(6)、第七透镜(7)、第八透镜(8)。

2.根据权利要求1所述的一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)为负光焦度的弯月型透镜，凸面朝向物方，朝向像面的一面采用非球面；

所述第二透镜(2)为正光焦度的弯月透镜，朝向像面的一面采用非球面；

所述第三透镜(3)为负光焦度的双凹透镜，两面均采用非球面；

所述第四透镜(4)为正光焦度的双凸透镜，两面均采用非球面；

所述第五透镜(5)为负光焦度的弯月透镜，凸面朝向像面；

所述第六透镜(6)为正光焦度的双凸透镜，朝向像面的一面采用非球面；

所述第七透镜(7)为负光焦度的弯月透镜，朝向物面的一面采用非球面；

所述第八透镜(8)为正光焦度的双凸透镜，朝向像面的一面采用非球面。

3.根据权利要求1所述的一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)和第二透镜(2)的相邻面的间隔距离为0.4mm，所述第六透镜(6)与第七透镜(7)的相邻面的间隔距离为4.98mm，所述第七透镜(7)与第八透镜(8)的相邻面的间隔距离为0.2mm。

4.根据权利要求1所述的一种大变倍比紧凑型红外变焦镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)、第三透镜(3)、第七透镜(7)的材质为锗，所述第二透镜(2)、第四透镜(4)、第六透镜(6)、第八透镜(8)的材质为硅，所述第五透镜(5)的材质为硫化锌。

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