CN220553032U - 一种长波红外变焦镜头和摄像装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种长波红外变焦镜头和摄像装置，该长波红外变焦镜头包括从物侧到像侧依次布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜为具有正光焦度的前固定镜组，所述第二透镜为具有负光焦度的变倍镜组，所述第三透镜为具有正光焦度的补偿镜组，所述第四透镜为具有正光焦度的对焦调节组。该长波红外变焦镜头可搭载于无人机上，解决重量大、高成本和杂散光抑制不好等问题。

Description

一种长波红外变焦镜头和摄像装置

技术领域

本申请涉及光学成像设备技术领域，特别涉及一种长波红外变焦镜头和摄像装置。

背景技术

变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距，从而得到不同宽窄的视场角、不同大小的影象和不同景物范围的镜头；而定焦镜头是指只有一个固定焦距的镜头，没有焦段一说，或者说只有一个视野。目前市面上极少数无人机搭载长波红外变焦镜头进行测温工作，一般采用的是定焦镜头。大倍数的长波红外变焦镜头因其重量大和体型大，应用在无人机上时则会因负载过大而减少其续航能力；同时，大倍数的长波红外变焦镜头均采用5到6片的玻璃材料，价格昂贵；此外，大倍数的长波红外变焦镜头还存在杂散光抑制不好，从而造成画面不细腻。

已有相关技术公开了一种轻小型中波红外连续变焦镜头，所述轻小型中波红外连续变焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组，所述变倍组和所述补偿组在变焦时沿所述光轴往复移动，所述前固定组包括正光焦度的第一透镜和负光焦度的第二透镜，所述变倍组包括从物方到像方排列的负光焦度的第三透镜，所述补偿组包括物方到像方依次排列的正光焦度的第四透镜，所述后固定组包括从物方到像方依次排列的负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜和负光焦度的第七透镜。该技术通过第一透镜至第七透镜搭配，可以实现640×512，15um清晰成像，镜头重量小于1kg，相比同类规格双反射镜折反射式方案，重量相比轻将近一倍，能在一定程度上实现轻小体积兼顾较大通光口径。

已有相关技术公开了一种小型化中波红外制冷连续变焦镜头，包括从物方至像方沿光路依次设置的透镜单元、探测器保护窗口G和滤光片H；所述透镜单元包括沿光路依次设置的四组透镜，分别为具有正光焦度的前固定组、具有负光焦度的变倍组、具有正光焦度的补偿组、具有正光焦度的中继组；所述前固定组包括沿光路依次设置的凸面朝向物方的弯月形正透镜A，以及凸面朝向物方的弯月形负透镜B，用于汇聚光线；所述变倍组为双凹型负透镜C，用于改变焦距、增加变倍倍率；所述补偿组为双凸型的正透镜D，用于补偿变倍过程中所引起的像移；所述中继组包括沿光路依次设置的凸面朝向物方的弯月形正透镜E，以及凸面朝向像方的弯月形正透镜F，用于完成光阑匹配并进行二次成像。该技术针对当前红外连续变焦系统难以满足高变倍比、小尺寸及结构简单化的需求而设计，用于15倍变倍比，系统总体总长为99mm，可用于无人机吊舱等设备。

已有相关技术还公开了一种25-75mm长波红外连续变焦镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自前向后入射方向依次设有前固组镜片A、前变倍组镜片B、补偿组镜片C、后固组镜片D以及调焦组镜片E，所述前固组镜片A包括凸面朝前的正月牙形透镜A-1；所述变倍组镜片B包括凸面朝前的负月牙形透镜B-1；所述补偿组镜片C包括凹面朝前的负月牙形透镜C-1；所述后固组镜片D包括凸面朝前的正月牙形透镜D-1以及位于正月牙形透镜D-1后侧且凸面朝前的负月牙形透镜D-2；所述调焦组镜片E包括凸面朝前的正月牙形透镜E-1。该技术镜片数量减少至六片，利于装调和校正像差，其获得的镜头焦距f′:25mm-75mm；相对孔径F：1.0；视场角：24.55°×19.75°-8.30°×6.64°。

据此，已有大倍数的长波红外变焦镜头在镜片数、重量、价格以及镜头杂散光等方面仍存在不足。

实用新型内容

为了解决至少一个上述问题，本申请提供一种长波红外变焦镜头；并基于该长波红外变焦镜头，提供一种摄像装置。

第一方面，本申请提供一种长波红外变焦镜头，采用如下的技术方案：

一种长波红外变焦镜头，包括从物侧到像侧依次布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜为具有正光焦度的前固定镜组，所述第二透镜为具有负光焦度的变倍镜组，所述第三透镜为具有正光焦度的补偿镜组，所述第四透镜为具有正光焦度的对焦调节组。

通过采用上述技术方案，采用大倍数长波红外变焦设计，仅使用四片透镜即可获得大靶面和大倍数。

优选的，所述第一透镜满足以下条件：85mm＜R₁＜91.2mm；其中，R₁为所述第一透镜的物侧表面的曲率半径。

通过采用上述技术方案，通过上述第一透镜的物侧表面的曲率半径的设计，可优化杂散光，抑制鬼像。

优选的，满足以下条件：6.2＜T₁＜6.8，T₂＝2.4±0.5mm，T₃＝5±1mm，T₄＝3.9±0.7mm；其中，T₁为所述第一透镜的中心厚度，T₂为所述第二透镜的中心厚度，T₃为所述第三透镜的中心厚度，T₄为所述第四透镜的中心厚度。

通过采用上述技术方案，通过第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的中心厚度的设计，可实现轻量化以及增强可加工性，并降低成本。

优选的，所述第一透镜与第二透镜的中心间隔为5-27.3mm，所述第二透镜与第三透镜的中心间隔为55.5-2.8mm。

通过采用上述技术方案，利用第一透镜与第二透镜、第二透镜与第三透镜的中心间隔在上述范围内可调设计，实现大倍率和轻量化。

优选的，所述第四透镜的移动量为±5mm。

通过采用上述技术方案，上述第四透镜的移动量设为±5mm，用于补偿高低温带来的后焦变化和物距带来的后焦变化，自动补偿，实现高分辨率。

优选的，满足以下条件：-21＜F₂＜-13，30＜F₃＜55，35＜F₄＜63；其中，F₂为所述第二透镜的焦距，F₃为所述第三透镜的焦距，F₄为所述第四透镜的焦距。

通过采用上述技术方案，上述第二透镜、第三透镜和第四透镜的焦距设计，可进一步优化光焦度的合理分配。

优选的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜分别为锗透镜。

优选的，所述第一透镜的物侧表面为球面，所述第二透镜、第三透镜和第四透镜的透镜表面以及所述第一透镜的像侧表面分别为偶次非球面。

通过采用上述技术方案，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均可以选择现有的锗透镜，同时，设计第一透镜的物侧表面为球面，而其他透镜表面均为偶次非球面，即，第二透镜、第三透镜和第四透镜中各透镜各自的物侧表面和像侧表面均为偶次非球面，以及第一透镜的物侧表面为球面，第一透镜的像侧表面为偶次非球面；进以实现轻量化和低成本。

优选的，长波红外变焦镜头由从物侧到像侧依次布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成。

通过采用上述技术方案，作为一优选结构示例，长波红外变焦镜头由从物侧到像侧依次布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成，此时，镜头仅采用4片镜片设计，大大降低成本。

第二方面，本申请提供一种摄像装置，采用如下的技术方案：

一种摄像装置，包括上述的长波红外变焦镜头。

通过采用上述技术方案，将上述的长波红外变焦镜头用于摄像装置，可进一步将上述的长波红外变焦镜头的大倍数、大靶面、体积小、重量轻、低杂散光等成像功能附加于照相设备上，该长波红外变焦镜头尤其适合搭载在无人机上。

作为一应用示例，上述的长波红外变焦镜头可作为红外测温镜头，可采用无人机搭载该长波红外变焦镜头进行测温工作，例如在一些不适宜人类进入的地方进行测温。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请的长波红外变焦镜头，系统焦距为25-105mm，F数为1.3-1.5，对角线视在场角为32.4-7.2°，适用波段为8-12um，大倍率，视野范围变化大；

2、本申请的长波红外变焦镜头，采用大倍数长波红外变焦设计，获得大靶面，大视场发现目标，小视场辨认目标；

3、本申请的长波红外变焦镜头，结构简单，体积小巧，重量轻，非常适合搭载在无人机上；

4、本申请的长波红外变焦镜头，采用4片镜片设计，大大降低成本；

5、本申请的长波红外变焦镜头，拥有低杂散光的优势，画面干净细腻。

附图说明

图1为本申请实施例1的长波红外变焦镜头对应短焦的结构示意图；

图2为本申请实施例1中长波红外变焦镜头对应长焦的结构示意图；

图3为本申请实施例2的长波红外变焦镜头对应短焦的结构示意图；

图4为本申请实施例2中长波红外变焦镜头对应长焦的结构示意图；

图5为本申请实施例3的长波红外变焦镜头对应短焦的结构示意图；

图6为本申请实施例3中长波红外变焦镜头对应长焦的结构示意图。

标号说明：

1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、保护片；6、成像面。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

参照附图1-6，其中，贯穿全部这些视图，相同的附图标记表示对应的部件，根据本实施例示出的一个实施方式构造的长波红外变焦镜头可参见图1-6。

本实施例的长波红外变焦镜头包括：从物侧到像侧依次布置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、和保护片5，保护片5靠近像侧的位置示出有一成像面6。第一透镜1为具有正光焦度的前固定镜组，第二透镜2为具有负光焦度的变倍镜组，第三透镜3为具有正光焦度的补偿镜组，第四透镜4为具有正光焦度的对焦调节组。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4均选择锗透镜，且第一透镜1的物侧表面为球面，第一透镜1的像侧表面为偶次非球面，第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4中各透镜各自的物侧表面和像侧表面均为偶次非球面。

实施例1

本实施例对应基于图1-2示出的实施方式构造的长波红外变焦镜头。

本实施例的详细光学数据请参见表1。

表1

本实施例中，第一透镜与第二透镜的中心间隔为5-27.3mm；第二透镜与第三透镜的中心间隔为55.5-2.8mm，F2＝-20.9，F3＝39.2，F4＝62.4。具体的，本实施例的镜头为变焦镜头，在短焦时，第一透镜与第二透镜中心间隔为9.27mm；第二透镜到第三透镜中心间隔为55.1；在长焦时，第一透镜与第二透镜中心间隔为26.92mm；第二透镜到第三透镜中心间隔为2.92mm。

其第一透镜1的像侧表面，第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4中各透镜各自的物侧表面和像侧表面的非球面系数具体参见表2。

表2

L1 S2

L2 S1

L2 S2

L3 S1

L3 S2

L4 S1

L4 S2

A4

-1.33E-07

-5.62E-07

-2.89E-07

-2.84E-07

2.09E-09

1.58E-05

2.67E-05

A6

-6.34E-12

3.47E-09

3.12E-09

-2.11E-10

1.33E-12

5.94E-08

1.57E-07

A8

1.28E-14

-2.77E-12

-1.01E-12

9.65E-13

-6.23E-15

-2.76E-11

-5.70E-10

A10

-5.06E-18

-2.13E-15

-5.20E-15

-1.53E-15

-1.46E-17

1.78E-12

1.11E-11

表2中，L1、L2、L3、L4分别依次对应为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4；S1对应为透镜的物侧表面，S2对应为透镜的像侧表面。

本实施例的长波红外变焦镜头，其系统焦距为25-105mm，F数为1.3-1.5，对角线视在场角为32.4-7.2°。具体的，本实施例的镜头，在短焦时的焦距为25mm，通光为1.3，对角线视场角为32.4°；在长焦时的焦距为105mm，通光为1.5，对角线视场角为7.2°。

实施例2

本实施例对应基于图3-4示出的实施方式构造的长波红外变焦镜头。

本实施例的详细光学数据请参见表3。

表3

本实施例中，第一透镜与第二透镜的中心间隔为5-27.3mm；第二透镜与第三透镜的中心间隔为55.5-2.8mm，F2＝-16.9，F3＝40.3，F4＝35。具体的，本实施例的镜头为变焦镜头，在短焦时，第一透镜与第二透镜中心间隔为5.3mm；第二透镜到第三透镜中心间隔为42；在长焦时，第一透镜与第二透镜中心间隔为17.9mm；第二透镜到第三透镜中心间隔为3.2mm。

其第一透镜1的像侧表面，第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4中各透镜各自的物侧表面和像侧表面的非球面系数具体参见表4。

表4

L1 S2

L2 S1

L2 S2

L3 S1

L3 S2

L4 S1

L4 S2

A4

9.41E-08

-1.29E-06

-3.86E-06

6.91E-07

1.09E-06

-5.38E-06

-6.02E-06

A6

-1.17E-10

1.37E-08

1.54E-08

3.20E-09

2.94E-09

-6.66E-08

-8.49E-08

A8

2.38E-13

-2.55E-11

-2.82E-11

-7.28E-12

-5.12E-12

4.96E-10

8.43E-10

A10

-3.01E-17

1.66E-14

1.89E-14

2.33E-14

1.72E-14

-7.79E-13

-2.24E-12

表4中，L1、L2、L3、L4分别依次对应为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4；S1对应为透镜的物侧表面，S2对应为透镜的像侧表面。

本实施例的长波红外变焦镜头，其系统焦距为25-105mm，F数为1.3-1.5，对角线视在场角为32.4-7.2°。具体的，本实施例的镜头，在短焦时的焦距为25mm，通光为1.3，对角线视场角为32.4°；长焦的焦距为105mm，通光为1.5，对角线视场角为7.2°。

实施例3

本实施例对应基于图5-6示出的实施方式构造的长波红外变焦镜头。

本实施例的详细光学数据请参见表5。

表5

本实施例中，第一透镜与第二透镜的中心间隔为5-27.3mm；第二透镜与第三透镜的中心间隔为55.5-2.8mm，F2＝-20.8，F3＝39.4，F4＝61.4。具体的，本实施例的镜头为变焦镜头，在短焦时，第一透镜与第二透镜中心间隔为8.5mm；第二透镜到第三透镜中心间隔为53.2；在长焦时，第一透镜与第二透镜中心间隔为27mm；第二透镜到第三透镜中心间隔为2.93mm。

其第一透镜1的像侧表面，第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4中各透镜各自的物侧表面和像侧表面的非球面系数具体参见表6。

表6

L1 S2

L2 S1

L2 S2

L3 S1

L3 S2

L4 S1

L4 S2

A4

-1.31E-07

-5.53E-07

-3.03E-07

-2.78E-07

-8.47E-11

1.61E-05

2.78E-05

A6

-6.84E-12

3.45E-09

3.10E-09

-2.03E-10

-4.49E-12

6.21E-08

1.56E-07

A8

9.70E-15

-2.79E-12

-1.02E-12

9.21E-13

2.65E-15

-4.37E-11

-2.51E-10

A10

-4.36E-18

-2.13E-15

-5.26E-15

-1.59E-15

-9.16E-17

1.80E-12

9.60E-12

表6中，L1、L2、L3、L4分别依次对应为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4；S1对应为透镜的物侧表面，S2对应为透镜的像侧表面。

本实施例的长波红外变焦镜头，其系统焦距为25-105mm，F数为1.3-1.5，对角线视在场角为32.4-7.2°。具体的，本实施例的镜头，在短焦时的焦距为25mm，通光为1.3，对角线视场角为32.4°；长焦的焦距为105mm，通光为1.5，对角线视场角为7.2°。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种长波红外变焦镜头，其特征在于，包括从物侧到像侧依次布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜为具有正光焦度的前固定镜组，所述第二透镜为具有负光焦度的变倍镜组，所述第三透镜为具有正光焦度的补偿镜组，所述第四透镜为具有正光焦度的对焦调节组；

所述第一透镜满足以下条件：

85mm＜R₁＜91.2mm；其中，R₁为所述第一透镜的物侧表面的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，满足以下条件：

6.2＜T₁＜6.8，T₂＝2.4±0.5mm，T₃＝5±1mm，T₄＝3.9±0.7mm；其中，T₁为所述第一透镜的中心厚度，T₂为所述第二透镜的中心厚度，T₃为所述第三透镜的中心厚度，T₄为所述第四透镜的中心厚度。

3.根据权利要求1所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜与第二透镜的中心间隔为5-27.3mm；所述第二透镜与第三透镜的中心间隔为55.2-2.8mm。

4.根据权利要求1所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜的移动量为±5mm。

5.根据权利要求1所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，满足以下条件：

-21＜F₂＜-13，30＜F₃＜55，35＜F₄＜63；其中，F₂为所述第二透镜的焦距，F₃为所述第三透镜的焦距，F₄为所述第四透镜的焦距。

6.根据权利要求1所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜分别为锗透镜。

7.根据权利要求1所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧表面为球面，所述第二透镜、第三透镜和第四透镜的透镜表面以及所述第一透镜的像侧表面分别为偶次非球面。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的长波红外变焦镜头，其特征在于，由从物侧到像侧依次布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成。

9.一种摄像装置，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的长波红外变焦镜头。