CN220820354U - 中波红外连续变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种中波红外连续变焦镜头，沿光轴由物侧至像侧依次包括：前固定组、变倍组、补偿组、后固定组及探测器，其中，前固定组包括具有正光焦度的第一透镜，变倍组包括具有负光焦度的第二透镜，补偿组包括具有正光焦度的第三透镜，后固定组包括具有正光焦度或负光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜和具有正光焦度的第六透镜。变倍组和补偿组在光轴方向上相对于探测器的距离可调，前固定组和后固定组在光轴方向上相对于探测器的位置固定。第一透镜的像侧面的曲率半径R2与第一透镜的物侧面的曲率半径R1满足：1≤R2/R1≤3。

Description

中波红外连续变焦镜头

技术领域

本申请涉及光学元件领域，更具体地，涉及一种中波红外连续变焦镜头。

背景技术

随着光学设计水平和现代加工技术的发展，红外热成像镜头在监控领域的应用越来越广泛，复杂的应用场景使得市场对红外热成像镜头的设计要求越来越高，为满足不同使用功能，通常需要光学系统包含多个视场。

连续变焦镜头可实现不同视场的连续切换，在大视场下进行大范围观测搜索，在小视场下进行远距离目标识别，可应用于道路监控、森林防火、秸秆燃烧、机场监察等复杂监视领域。但是目前很多变焦镜头变倍比普遍较小，多在6倍以内，这严重限制了镜头在一些重要场合的应用，更大范围的目标搜索需求和更远距离的精准识别需求要求变焦镜头具有更大的变倍比。

实用新型内容

本申请提供了一种中波红外连续变焦镜头，该中波红外连续变焦镜头沿光轴由物侧至像侧依次可包括：前固定组、变倍组、补偿组、后固定组及探测器，其中，所述前固定组包括具有正光焦度的第一透镜；所述变倍组包括具有负光焦度的第二透镜；所述补偿组包括具有正光焦度的第三透镜；以及所述后固定组包括具有正光焦度或负光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜和具有正光焦度的第六透镜。所述变倍组和所述补偿组在所述光轴方向上相对于所述探测器的距离可调，所述前固定组和所述后固定组在所述光轴方向上相对于所述探测器的位置固定。所述第一透镜的像侧面的曲率半径R2与所述第一透镜的物侧面的曲率半径R1可满足：1≤R2/R1≤3。

在一个实施方式中，所述中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距ft、所述第一透镜材料中心波长折射率n、所述中波红外连续变焦镜头的F数FNO、所述第一透镜的物侧面的曲率半径R1可满足：1.0<ft×(n-1)/(FNO×R1)<1.6。

在一个实施方式中，所述第一透镜的有效焦距f1、所述第二透镜的有效焦距f2、所述第三透镜的有效焦距f3与所述中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距ft分别可满足：0.1<|f1/ft|<0.5；0.01<|f2/ft|<0.2；以及0.01<|f3/ft|<0.3。

在一个实施方式中，所述第四透镜的有效焦距f4、所述第五透镜的有效焦距f5、所述第六透镜的有效焦距f6与所述中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距ft分别可满足：0.03<|f4/ft|<0.95；0.01<|f5/ft|<0.2；以及0.01≤|f6/ft|<0.1。

在一个实施方式中，所述第六透镜的像侧面至所述中波红外连续变焦镜头的成像面在所述光轴上的距离BFL与所述中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距ft可满足：0.01≤BFL/ft<0.3。

在一个实施方式中，所述第一透镜采用硅材料；所述第二透镜和所述第五透镜均采用锗材料。

在一个实施方式中，所述第一透镜为凸面朝向所述物侧的弯月形透镜；所述第二透镜为双凹形透镜；所述第三透镜为双凸形透镜；所述第四透镜为凸面朝向所述物侧的弯月形透镜；所述第五透镜为凸面朝向所述像侧的弯月形透镜；以及所述第六透镜为双凸形透镜，其中，所述第二透镜的物侧面、所述第四透镜的物侧面和像侧面、所述第五透镜的物侧面均采用偶次非球面面型；所述第三透镜的物侧面和所述第六透镜的物侧面采用二元面面型。

在一个实施方式中，所述中波红外连续变焦镜头包括具有凸轮曲线槽的镜筒，其中，所述变倍组和所述补偿组通过所述凸轮曲线槽在沿所述光轴的方向上做非线性运动，使所述中波红外连续变焦镜头在短焦状态、中焦状态和长焦状态之间切换。

在一个实施方式中，所述中波红外连续变焦镜头的短焦范围为20nm至60nm，长焦范围为600nm至1550nm，变倍比大于等于20倍。

在一个实施方式中，所述中波红外连续变焦镜头短焦焦距为50nm，长焦焦距为1300nm，变倍比大于等于25倍。

在一个实施方式中，所述中波红外连续变焦镜头的工作光圈F数为5.5，所述探测器为制冷探测器。

在一个实施方式中，所述中波红外连续变焦镜头的水平视场角范围为0.4°至10.9°。

本申请提供的中波红外连续变焦镜头采用六片式光学结构，通过设置镜头包括前固定组、变倍组、补偿组以及后固定组，并合理设置各组所包含的透镜数量及光焦度等特征，采用变倍组和补偿组沿光轴移动的方式，通过改变变倍组和补偿组在光轴方向上相对于探测器的位置，同时保持前固定组和后固定组在光轴方向上相对于探测器的位置固定，可实现镜头26倍连续变焦，且通过该变倍方式，能够有效缩短系统长度，有效控制光学系统镜片数量，有利于成本降低。

此外，本申请提供的中波红外连续变焦镜头通过对镜片材料、折射率、面型、焦距等参数的合理设置，能够使镜头具有主动消热差功能，可以满足镜头在-40°～+60°的宽温度范围内具有稳定的成像效果，使镜头能够在温度变化较大的环境下使用。并且，根据本申请提供的中波红外连续变焦镜头采用了非球面和衍射面混合使用的方式，能够有效地矫正色差，提升光学系统成像质量，同时镜片数量的减少也较好地提升了系统的透过率。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1示出了根据本申请示例性实施方式的中波红外连续变焦镜头的结构示意图；

图2示出了根据本申请示例性实施方式的中波红外连续变焦镜头分别处于短焦状态、中焦状态和长焦状态的结构示意图；

图3、图4和图5分别示出了根据本申请实施例1的中波红外连续变焦镜头在短焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；

图6、图7和图8分别示出了根据本申请实施例1的中波红外连续变焦镜头在中焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；

图9、图10和图11分别示出了根据本申请实施例1的中波红外连续变焦镜头在长焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；

图12、图13和图14分别示出了根据本申请实施例2的中波红外连续变焦镜头在短焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；

图15、图16和图17分别示出了根据本申请实施例2的中波红外连续变焦镜头在中焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；

图18、图19和图20分别示出了根据本申请实施例2的中波红外连续变焦镜头在长焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；

图21、图22和图23分别示出了根据本申请实施例3的中波红外连续变焦镜头在短焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；

图24、图25和图26分别示出了根据本申请实施例3的中波红外连续变焦镜头在中焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；以及

图27、图28和图29分别示出了根据本申请实施例3的中波红外连续变焦镜头在长焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜。

在附图中，为了便于说明，透镜的厚度、尺寸和形状并非严格按比例绘制。附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出，即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状，附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

在本文中，近轴区域是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凹面。在近轴区域的面型的判断可依据本领域中的通用方法进行判断，例如以R值(R指近轴区域的曲率半径)的正负判断凹凸。在本文中，每个透镜最靠近被摄物体的表面称为该透镜的物侧面，每个透镜最靠近成像面的表面称为该透镜的像侧面。以物侧面来说，当R值为正时，判定为凸面，当R值为负时，判定为凹面；以像侧面来说，当R值为正时，判定为凹面，当R值为负时，判定为凸面。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度形式化意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。以下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本申请专利范围的限制。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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

以下对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。

如图1所示，根据本申请示例性实施方式的中波红外连续变焦镜头可包括沿光轴由物侧至像侧依序排列的前固定组Ⅰ、变倍组Ⅱ、补偿组Ⅲ、后固定组Ⅳ及探测器Ⅴ。其中，前固定组Ⅰ可包括第一透镜E1；变倍组Ⅱ可包括第二透镜E2；补偿组Ⅲ可包括第三透镜E3；后固定组Ⅳ沿光轴由物侧至像侧依序可包括第四透镜E4、第五透镜E5和第六透镜E6；探测器Ⅴ沿光轴由物侧至像侧依序可包括E7和E8。以及，中波红外连续变焦镜头还可包括像面IMA。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头的前固定组中的第一透镜可具有正光焦度；变倍组中的第二透镜可具有负光焦度；补偿组中的第三透镜可具有正光焦度；后固定组中的第四透镜可具有正光焦度或负光焦度、第五透镜可具有负光焦度、第六透镜可具有正光焦度。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头的变倍组和补偿组可沿着光轴方向运动，前固定组和后固定组在光轴方向上相对于探测器可保持不动。换言之，变倍组和补偿组在光轴方向上相对于探测器的距离可调，前固定组和后固定组在光轴方向上相对于探测器的位置固定。

图2示出了根据本申请示例性实施方式的中波红外连续变焦镜头在分别处于短焦状态、中焦状态和长焦状态时的结构示意图101、102和103。比照中波红外连续变焦镜头分别处于短焦、中焦和长焦三种状态时的结构示意图可见，镜头在不同焦距状态间的调节或切换是通过变倍组的第二透镜E2和补偿组的第三透镜E3沿光轴相对移动位置实现的。如图2所示，通过移动，第二透镜E2和第三透镜E3在沿光轴方向上相对于探测器E7和E8的距离均发生了变化，而前固定组的第一透镜E1以及后固定组的第四透镜E4、第五透镜E5和第六透镜E6在沿光轴方向上相对于探测器E7和E8的距离均保持不变。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头的前固定组可满足条件式1≤R2/R1≤3，其中，R2是第一透镜的像侧面的曲率半径，R1是第一透镜的物侧面的曲率半径。

根据本申请提供的中波红外连续变焦镜头采用六片式光学结构，通过设置镜头包括前固定组、变倍组、补偿组以及后固定组，并合理设置各组所包含的透镜数量及光焦度等特征，采用变倍组和补偿组沿光轴移动的方式，通过改变变倍组和补偿组在光轴方向上相对于探测器的位置，同时保持前固定组和后固定组在光轴方向上相对于探测器的位置固定，可实现镜头26倍连续变焦，且通过该变倍方式，能够有效缩短系统长度，有效控制光学系统镜片数量，可以大幅降低成本。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头可满足条件式1.0<ft×(n-1)/(FNO×R1)<1.6，其中，ft是中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距，n是第一透镜材料中心波长折射率，FNO是中波红外连续变焦镜头的F数，R1是第一透镜的物侧面的曲率半径。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头可满足条件式0.1<|f1/ft|<0.5，0.01<|f2/ft|<0.2，以及0.01<|f3/ft|<0.3，其中，f1是第一透镜的有效焦距，f2是第二透镜的有效焦距，f3是第三透镜的有效焦距，ft是中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距。更具体地，f2和ft可以满足0.01<|f2/ft|<0.1；f3和ft可以满足0.01<|f3/ft|<0.1。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头可满足条件式0.03<|f4/ft|<0.95，0.01<|f5/ft|<0.2，以及0.01≤|f6/ft|<0.1，其中，f4是第四透镜的有效焦距，f5是第五透镜的有效焦距，f6是第六透镜的有效焦距，ft是中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距。更具体地，f4和ft可以满足0.1<|f4/ft|<0.95；f5和ft可以满足0.01<|f5/ft|<0.1。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头可满足条件式0.01≤BFL/ft<0.3，其中，BFL是第六透镜的像侧面至中波红外连续变焦镜头的成像面在光轴上的距离，ft是中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距。更具体地，BFL和ft可以满足0.01≤BFL/ft<0.1。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头的前固定组中的第一透镜可以采用硅材料；变倍组中的第二透镜以及后固定组中的第五透镜均可以采用锗材料。具体地，变倍组中的第二透镜以及后固定组中的第五透镜均可采用锗单晶材料。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头的前固定组中的第一透镜可以为凸面朝向物侧的弯月形透镜；变倍组中的第二透镜可以为双凹形透镜；补偿组中的第三透镜可以为双凸形透镜；后固定组中的第四透镜可以为凸面朝向物侧的弯月形透镜；后固定组中的第五透镜可以为凸面朝向像侧的弯月形透镜；以及后固定组中的第六透镜可以为双凸形透镜。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头的变倍组中的第二透镜的物侧面、后固定组中的第四透镜的物侧面和像侧面、以及后固定组中的第五透镜的物侧面均可采用偶次非球面面型。

在示例性实施方式中，补偿组中的第三透镜的物侧面和后固定组中的第六透镜的物侧面可以采用二元面面型。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头在焦距变化的过程中，变倍组和补偿组可以沿着光轴做非线性运动，使镜头实现在短焦状态、中焦状态和长焦状态之间切换。示例性地，变倍组和补偿组可以沿着光轴相向方向做非线性运动。示例性地，可以通过例如设置于镜头镜筒上的凸轮曲线槽控制变倍组和补偿组两者相对运动，实现中波红外连续变焦镜头焦距的调节。示例性地，镜头镜筒上可以设置例如两条凸轮曲线槽以分别控制变倍组的第二透镜和补偿组的第三透镜相对运动。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头的短焦范围为20nm至60nm，长焦范围为600nm至1550nm。本申请的中波红外连续变焦镜头的变倍比可以大于等于20倍，例如可达26倍。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头的短焦焦距为50nm，长焦焦距为1300nm，变倍比大于等于25倍。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头的工作光圈F数为5.5。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头的工作波段为3.7μm至4.8μm。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头所适配的探测器为制冷探测器。探测器的分辨率为640×512，像元大小为15μm。

在示例性实施方式中，本申请的中波红外连续变焦镜头的水平视场角范围为0.4°至10.9°。

综合上述，根据本申请示例性实施方式提供的中波红外连续变焦镜头，采用六片式光学结构，能够实现26倍连续变焦，且具有主动消热差功能，可以满足镜头在-40°～+60°的宽温度范围内具有稳定的成像效果，可以满足镜头在温度变化较大的环境下使用。

根据本申请示例性实施方式提供的中波红外连续变焦镜头，采用变倍组和补偿组移动的方式，不但可实现26倍光学系统的连续变焦功能，而且通过该变倍方式，能够有效缩短系统长度，有效控制光学系统镜片数量，能够大幅降低成本。同时，本申请采用了非球面和衍射面混合使用的方式，能够有效地矫正色差，提升光学系统成像质量，同时镜片数量的减少，也可以较好地提升系统的透过率。

尽管文中描述了中波红外连续变焦镜头的示例性结构和特点，然而，本领域的技术人员应当理解，在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下，一个或多个特征可以被省略、替代或者增加。以上描述仅为本申请的实施方式的示例性说明，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本申请技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

下面结合附图3至图29进一步描述可适用于上述实施方式的中波红外连续变焦镜头的具体实施例。

实施例1

根据实施例1的中波红外连续变焦镜头的结构示意图可参见图1，具体可包括沿光轴由物侧至像侧依序排列的前固定组Ⅰ、变倍组Ⅱ、补偿组Ⅲ、后固定组Ⅳ及探测器Ⅴ。其中，前固定组Ⅰ包括第一透镜E1；变倍组Ⅱ包括第二透镜E2；补偿组Ⅲ包括第三透镜E3；后固定组Ⅳ沿光轴由物侧至像侧依序包括第四透镜E4、第五透镜E5和第六透镜E6；探测器Ⅴ沿光轴由物侧至像侧依序包括E7和E8。以及，中波红外连续变焦镜头还可包括像面IMA。

表1示出了根据本申请实施例1的中波红外连续变焦镜头的基本光学参数。

面号	面型	曲率半径(mm)	间距(mm)	材料	口径(mm)
						S1	球面	489.27	22.16	硅	275
S2	球面	860.18	37.48～304.18		269
						S3	非球面	-311.34	6.77	锗	81
S4	球面	570.23	7.26～341.90		81
						S5	二元面	209.69	14.77	硒化锌	87
S6	球面	-226.09	5.54～73.48		88
						S7	非球面	39.23	9.23	硫系玻璃	42
S8	非球面	32.29	49.17		35
						S9	非球面	-54.23	4.92	锗	12
S10	球面	-134.77	62.48		12
						S11	二元面	31.91	4.92	硅	20
S12	球面	121.92	16.51		19
						S13	平面	无穷大	1	硅	-
S14	平面	无穷大	2.83		-
						S15	光阑面	无穷大	0.3	锗	-
S16	平面	无穷大	20		-
						IMA	平面	无穷大	-		-

表1

在该实施例中，第二透镜的物侧面S3、第三透镜的物侧面S5、第四透镜的物侧面S7和像侧面S8、第五透镜的物侧面S9、以及第六透镜的物侧面S11均为非球面，各非球面面型可利用但不限于以下非球面公式进行限定：

其中，z(r)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为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；a_i是非球面的高阶修正系数。下表2给出了可用于该实施例中各非球面镜面S3、S5、S7至S9以及S11的圆锥系数k以及高次项系数a₄、a₆、a₈、a₁₀和a₁₂。

面号

面型

k

a4

a6

a8

a10

a12

S3

非球面

-2.86

1.59E-08

3.77E-12

-4.55E-15

2.47E-18

-5.27E-22

S5

非球面

-5.30

-5.50E-08

1.31E-11

-4.67E-15

5.06E-19

-3.28E-23

S7

非球面

0

-9.45E-07

-1.73E-09

-4.14E-13

-2.85E-15

1.61E-18

S8

非球面

0.11

-2.41E-06

-6.02E-09

-1.73E-12

-1.71E-14

1.89E-17

S9

非球面

32.80

3.59E-05

-5.02E-08

8.85E-09

-1.81E-10

2.05E-12

S11

非球面

3.65

-2.10E-05

-2.48E-08

-3.16E-10

1.27E-12

-8.27E-15

表2

在该实施例中，第三透镜的物侧面S5和第六透镜的物侧面S11为二元面，二元面面型可利用但不限于以下公式进行限定：

其中，λ₀是设计时的中心波长，n₀是材料中心波长对应的折射率，以及

其中，M是衍射级次，N是级数中多项式系数的序，A_i是ρ的第2i次幂的系数，ρ是归一化的径向孔径坐标。

下表3给出了可用于该实施例中二元面S5和S11的归一化半径值和系数A₁、A₂、A₃、A₄的值。

面号	面型	归一化半径	A1	A2	A3	A4
							S5	二元面	42.00	-136.49	-61.90	130.14	-67.27
S11	二元面	12.00	-61.26	-10.24	37.28	-33.99

表3

根据实施例1的中波红外连续变焦镜头通过变倍组的第二透镜E2和补偿组的第三透镜E3沿光轴的相对移动可实现镜头在不同焦距状态间的调节或切换，镜头分别处于短焦状态、中焦状态和长焦状态时的结构示意图可参见图2。镜头在连续变焦的过程中前固定组的第一透镜E1以及后固定组的第四透镜E4、第五透镜E5和第六透镜E6在沿光轴方向上相对于探测器E7和E8的距离均保持不变。

图3、图4和图5分别示出了根据实施例1的中波红外连续变焦镜头在短焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；图6、图7和图8分别示出了根据实施例1的中波红外连续变焦镜头在中焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；以及图9、图10和图11分别示出了根据实施例1的中波红外连续变焦镜头在长焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线。

由图3、图6和图9可见，在不同焦距状态下，根据实施例1的中波红外连续变焦镜头在不同视场位置处的弥散斑半径变化较小，这意味着中波红外连续变焦镜头在不同视场位置处的像差较小。由图4、图7和图10可见，在不同焦距状态下，根据实施例1的中波红外连续变焦镜头对不同波长的光线所产生的子午方向与弧矢方向场曲分别介于-1.0mm～0mm、-1.0mm～0mm和-0.2mm～0.2mm之间，由图5、图8和图11可见，在不同焦距状态下，根据实施例1的中波红外连续变焦镜头的最大畸变均在-2.0％～0以内，这意味着中波红外连续变焦镜头在不同焦距状态均能实现较小的场曲和畸变。综上可知，实施例1所提供的中波红外连续变焦镜头可保证在各焦距状态下的成像质量，在变焦过程中具有良好的成像效果。

实施例2

根据实施例2的中波红外连续变焦镜头的结构示意图可参见图1，具体可包括沿光轴由物侧至像侧依序排列的前固定组Ⅰ、变倍组Ⅱ、补偿组Ⅲ、后固定组Ⅳ及探测器Ⅴ。其中，前固定组Ⅰ包括第一透镜E1；变倍组Ⅱ包括第二透镜E2；补偿组Ⅲ包括第三透镜E3；后固定组Ⅳ沿光轴由物侧至像侧依序包括第四透镜E4、第五透镜E5和第六透镜E6；探测器Ⅴ沿光轴由物侧至像侧依序包括E7和E8。以及，中波红外连续变焦镜头还可包括像面IMA。

表4示出了根据本申请实施例2的中波红外连续变焦镜头的基本光学参数。

面号	面型	曲率半径(mm)	间距(mm)	材料	口径(mm)
						S1	球面	400.30	14.5	硅	230
S2	球面	717.69	37～249		224
						S3	非球面	-255.13	5.5	锗	69
S4	球面	468.49	3～269		69
						S5	二元面	166.09	12.0	硒化锌	74
S6	球面	-195.16	6～61		74
						S7	非球面	31.60	7.5	硫系玻璃	36
S8	非球面	26.70	34.54		27.2
						S9	非球面	-30.51	4.0	锗	10.8
S10	球面	-50.03	52.26		14
						S11	二元面	55.45	4.0	硅	23
S12	球面	-100.00	15.11		23
						S13	平面	无穷大	1	硅	-
S14	平面	无穷大	2.83		-
						S15	光阑面	无穷大	0.3	锗	-
S16	平面	无穷大	20		-
						IMA	平面	无穷大	-		-

表4

在该实施例中，第二透镜的物侧面S3、第三透镜的物侧面S5、第四透镜的物侧面S7和像侧面S8、第五透镜的物侧面S9、以及第六透镜的物侧面S11均为非球面，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。下表5给出了可用于该实施例中各非球面镜面S3、S5、S7至S9以及S11的圆锥系数k以及高次项系数a₄、a₆、a₈、a₁₀和a₁₂。

面号

面型

k

a4

a6

a8

a10

a12

S3

非球面

-2.86

1.07E-08

1.24E-11

-1.25E-14

4.47E-18

-3.60E-22

S5

非球面

-5.30

-9.12E-08

4.51E-12

-1.61E-15

2.09E-18

-1.07E-21

S7

非球面

0.00

2.82E-07

3.91E-10

4.56E-12

-2.33E-14

-2.16E-18

S8

非球面

0.11

-1.52E-06

-3.55E-09

3.05E-11

-2.71E-13

1.38E-16

S9

非球面

32.80

1.16E-04

4.54E-08

1.13E-07

-3.69E-09

7.33E-11

S11

非球面

3.65

-1.79E-05

-4.50E-09

2.54E-10

-4.06E-12

1.39E-14

表5

在该实施例中，第三透镜的物侧面S5和第六透镜的物侧面S11为二元面，各二元面面型可由上述实施例1中给出的公式(2)限定。下表6给出了可用于该实施例中二元面S5和S11的归一化半径值和系数A₁、A₂、A₃、A₄的值。

面号	面型	归一化半径	A1	A2	A3	A4
							S5	二元面	40.00	-151.99	-32.58	104.77	-75.69
S11	二元面	13.00	-106.52	-39.28	264.38	-322.51

表6

根据实施例2的中波红外连续变焦镜头通过变倍组的第二透镜E2和补偿组的第三透镜E3沿光轴的相对移动可实现镜头在不同焦距状态间的调节或切换，镜头分别处于短焦状态、中焦状态和长焦状态时的结构示意图可参见图2。镜头在连续变焦的过程中前固定组的第一透镜E1以及后固定组的第四透镜E4、第五透镜E5和第六透镜E6在沿光轴方向上相对于探测器E7和E8的距离均保持不变。

图12、图13和图14分别示出了根据实施例2的中波红外连续变焦镜头在短焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；图15、图16和图17分别示出了根据实施例2的中波红外连续变焦镜头在中焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；以及图18、图19和图20分别示出了根据实施例2的中波红外连续变焦镜头在长焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线。

由图12、图15和图18可见，在不同焦距状态下，根据实施例2的中波红外连续变焦镜头在不同视场位置处的弥散斑半径变化较小，这意味着中波红外连续变焦镜头在不同视场位置处的像差较小。由图13、图16和图19可见，在不同焦距状态下，根据实施例2的中波红外连续变焦镜头对不同波长的光线所产生的子午方向与弧矢方向场曲分别介于-1.0mm～0mm、0mm～0.5mm和0mm～1.0mm之间，由图14、图17和图20可见，在不同焦距状态下，根据实施例2的中波红外连续变焦镜头的最大畸变分别在-0.2％～0、0～1.0％和0～1.0％以内，这意味着中波红外连续变焦镜头在不同焦距状态均能实现较小的场曲和畸变。综上可知，实施例2所提供的中波红外连续变焦镜头可保证在各焦距状态下的成像质量，在变焦过程中具有良好的成像效果。

实施例3

根据实施例3的中波红外连续变焦镜头的结构示意图可参见图1，具体可包括沿光轴由物侧至像侧依序排列的前固定组Ⅰ、变倍组Ⅱ、补偿组Ⅲ、后固定组Ⅳ及探测器Ⅴ。其中，前固定组Ⅰ包括第一透镜E1；变倍组Ⅱ包括第二透镜E2；补偿组Ⅲ包括第三透镜E3；后固定组Ⅳ沿光轴由物侧至像侧依序包括第四透镜E4、第五透镜E5和第六透镜E6；探测器Ⅴ沿光轴由物侧至像侧依序包括E7和E8。以及，中波红外连续变焦镜头还可包括像面IMA。

表7示出了根据本申请实施例3的中波红外连续变焦镜头的基本光学参数。

面号	面型	曲率半径(mm)	间距(mm)	材料	口径(mm)
						S1	球面	188.13	8.61	硅	123
S2	球面	328.20	16.11～118.28		121
						S3	非球面	-111.55	2.63	锗	38
S4	球面	255.73	3.1～131.79		39
						S5	二元面	85.54	5.74	硒化锌	43
S6	球面	-83.69	2.26～29.34		43
						S7	非球面	15.12	3.59	硫系玻璃	21
S8	非球面	12.51	18.95		18
						S9	非球面	-11.39	1.91	锗	7
S10	球面	-15.35	22.33		8
						S11	二元面	34.05	2.40	硅	13
S12	球面	-70.46	7.41		13
						S13	平面	无穷大	1	硅	-
S14	平面	无穷大	2.83		-
						S15	光阑面	无穷大	0.3	锗	-
S16	平面	无穷大	20		-
						IMA	平面	无穷大	-		-

表7

在该实施例中，第二透镜的物侧面S3、第三透镜的物侧面S5、第四透镜的物侧面S7和像侧面S8、第五透镜的物侧面S9、以及第六透镜的物侧面S11均为非球面，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。下表8给出了可用于该实施例中各非球面镜面S3、S5、S7至S9以及S11的圆锥系数k以及高次项系数a₄、a₆、a₈、a₁₀和a₁₂。

表8

在该实施例中，第三透镜的物侧面S5和第六透镜的物侧面S11为二元面，各二元面面型可由上述实施例1中给出的公式(2)限定。下表9给出了可用于该实施例中二元面S5和S11的归一化半径值和系数A₁、A₂、A₃、A₄的值。

面号	面型	归一化半径	A1	A2	A3	A4
							S5	二元面	19.1	-77.20	-19.10	47.86	-22.98
S11	二元面	6.2	-30.48	-7.59	21.93	-11.85

表9

根据实施例3的中波红外连续变焦镜头通过变倍组的第二透镜E2和补偿组的第三透镜E3沿光轴的相对移动可实现镜头在不同焦距状态间的调节或切换，镜头分别处于短焦状态、中焦状态和长焦状态时的结构示意图可参见图2。镜头在连续变焦的过程中前固定组的第一透镜E1以及后固定组的第四透镜E4、第五透镜E5和第六透镜E6在沿光轴方向上相对于探测器E7和E8的距离均保持不变。

图21、图22和图23分别示出了根据实施例3的中波红外连续变焦镜头在短焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；图24、图25和图26分别示出了根据实施例3的中波红外连续变焦镜头在中焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线；以及图27、图28和图29分别示出了根据实施例3的中波红外连续变焦镜头在长焦状态下的弥散斑图、场曲曲线和畸变曲线。

由图21、图24和图27可见，在不同焦距状态下，根据实施例3的中波红外连续变焦镜头在不同视场位置处的弥散斑半径变化较小，这意味着中波红外连续变焦镜头在不同视场位置处的像差较小。由图22、图25和图28可见，在不同焦距状态下，根据实施例3的中波红外连续变焦镜头对不同波长的光线所产生的子午方向与弧矢方向场曲分别介于-0.5mm～0.5mm、-1.0mm～1.0mm和-1.0mm～1.0mm之间，由图23、图26和图29可见，在不同焦距状态下，根据实施例3的中波红外连续变焦镜头的最大畸变分别在-5.0％～0、-2.0％～0和-2.0％～0以内，这意味着中波红外连续变焦镜头在不同焦距状态均能实现较小的场曲和畸变。综上可知，实施例3所提供的中波红外连续变焦镜头可保证在各焦距状态下的成像质量，在变焦过程中具有良好的成像效果。

此外，实施例1至实施例3分别满足下表10中所示的条件。

表10

本申请还提供一种成像装置，其设置有电子感光元件以成像，其电子感光元件可以是感光耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互补性氧化金属半导体元件(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)。该成像装置装配有以上描述的中波红外连续变焦镜头。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (12)

1.一种中波红外连续变焦镜头，其特征在于，沿光轴由物侧至像侧依次包括：前固定组、变倍组、补偿组、后固定组及探测器，其中，

所述前固定组包括具有正光焦度的第一透镜；

所述变倍组包括具有负光焦度的第二透镜；

所述补偿组包括具有正光焦度的第三透镜；以及

所述后固定组包括具有正光焦度或负光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜和具有正光焦度的第六透镜；

所述变倍组和所述补偿组在所述光轴方向上相对于所述探测器的距离可调，所述前固定组和所述后固定组在所述光轴方向上相对于所述探测器的位置固定；

所述第一透镜的像侧面的曲率半径R2与所述第一透镜的物侧面的曲率半径R1满足：1≤R2/R1≤3。

2.根据权利要求1所述的中波红外连续变焦镜头，其特征在于，所述中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距ft、所述第一透镜材料中心波长折射率n、所述中波红外连续变焦镜头的F数FNO、所述第一透镜的物侧面的曲率半径R1满足：

1.0<ft×(n-1)/(FNO×R1)<1.6。

3.根据权利要求1所述的中波红外连续变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的有效焦距f1、所述第二透镜的有效焦距f2、所述第三透镜的有效焦距f3与所述中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距ft分别满足：

0.1<|f1/ft|<0.5；

0.01<|f2/ft|<0.2；以及

0.01<|f3/ft|<0.3。

4.根据权利要求1所述的中波红外连续变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜的有效焦距f4、所述第五透镜的有效焦距f5、所述第六透镜的有效焦距f6与所述中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距ft分别满足：

0.03<|f4/ft|<0.95；

0.01<|f5/ft|<0.2；以及

0.01≤|f6/ft|<0.1。

5.根据权利要求1所述的中波红外连续变焦镜头，其特征在于，所述第六透镜的像侧面至所述中波红外连续变焦镜头的成像面在所述光轴上的距离BFL与所述中波红外连续变焦镜头在长焦状态时的焦距ft满足：

0.01≤BFL/ft<0.3。

6.根据权利要求1所述的中波红外连续变焦镜头，其特征在于，

所述第一透镜采用硅材料；

所述第二透镜和所述第五透镜均采用锗材料。

7.根据权利要求1所述的中波红外连续变焦镜头，其特征在于，

所述第一透镜为凸面朝向所述物侧的弯月形透镜；

所述第二透镜为双凹形透镜；

所述第三透镜为双凸形透镜；

所述第四透镜为凸面朝向所述物侧的弯月形透镜；

所述第五透镜为凸面朝向所述像侧的弯月形透镜；以及

所述第六透镜为双凸形透镜，

其中，所述第二透镜的物侧面、所述第四透镜的物侧面和像侧面、所述第五透镜的物侧面均采用偶次非球面面型；所述第三透镜的物侧面和所述第六透镜的物侧面采用二元面面型。

8.根据权利要求1所述的中波红外连续变焦镜头，其特征在于，所述中波红外连续变焦镜头包括具有凸轮曲线槽的镜筒，其中，所述变倍组和所述补偿组通过所述凸轮曲线槽在沿所述光轴的方向上做非线性运动，使所述中波红外连续变焦镜头在短焦状态、中焦状态和长焦状态之间切换。

9.根据权利要求1所述的中波红外连续变焦镜头，其特征在于，所述中波红外连续变焦镜头的短焦范围为20nm至60nm，长焦范围为600nm至1550nm，变倍比大于等于20倍。

10.根据权利要求1所述的中波红外连续变焦镜头，其特征在于，所述中波红外连续变焦镜头短焦焦距为50nm，长焦焦距为1300nm，变倍比大于等于25倍。

11.根据权利要求1所述的中波红外连续变焦镜头，其特征在于，所述中波红外连续变焦镜头的工作光圈F数为5.5，所述探测器为制冷探测器。

12.根据权利要求1所述的中波红外连续变焦镜头，其特征在于，所述中波红外连续变焦镜头的水平视场角范围为0.4°至10.9°。