CN108761748A - 一种中波制冷红外连续变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中波制冷红外连续变焦镜头，包含5组7片透镜，沿光轴从物侧到像侧依次为前固定组、补偿组、变倍组、后固定组和转像组；其中，所述前固定组为固定不动的第一透镜，补偿组由第二透镜组成，第二透镜沿光轴移动来补偿像面移动，变倍组即第三透镜沿光轴移动实现变焦，后固定组由第四透镜与第五透镜组成，后固定组固定不动，转像组由第六透镜与第七透镜组成，转像组实现转像以及光阑匹配的作用。本发明实现了10倍以上的高倍比连续变焦，同时***非球面使用数量少，大大地降低了镜头成本，采用了衍射面校正了***的色差，获得了较好的成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续变焦镜头，具体为一种中波制冷红外连续变焦镜头。
背景技术
制冷型热成像由于其F数可以达到4.0以上，可以在口径有限的情况下实现更长的焦距，作用距离相对于非制冷热成像更远，因此广泛应用于军用远距离监控环境中。
现有技术公开的长波红外变焦镜头使用镜片数量较多，或者整体长度较长，因此造成了镜头笨重、透过率低影响成像效果。专利号为201620925357.5的一种高透过率中波红外变焦镜头，虽然只使用了6片镜片，但是镜头整体长度超过300mm镜头较长。而专利号为201420348205.4的一种大变倍比中波红外连续变焦镜头虽然整体长度只有160mm，但是使用了8片透镜，降低了透过率影响了成像质量，同时使用了5个非球面，增加了镜头的成本。
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、透过率高的连续变焦镜头。
发明内容
本发明就是针对上述存在的缺陷而提供一种中波制冷红外连续变焦镜头，该变焦镜头具有结构紧凑、透过率高的技术优点，使用5组7片透镜达到了10倍以上连续变焦。
本发明的一种中波制冷红外连续变焦镜头技术方案为，包含5组7片透镜，沿光轴从物侧到像侧依次为前固定组、补偿组、变倍组、后固定组和转像组；其中，所述前固定组为固定不动的第一透镜，补偿组由第二透镜组成，第二透镜沿光轴移动来补偿像面移动，变倍组即第三透镜沿光轴移动实现变焦，后固定组由第四透镜与第五透镜组成，后固定组固定不动，转像组由第六透镜与第七透镜组成，转像组实现转像以及光阑匹配的作用。
前固定组光焦度为正，补偿组光焦度为正，变倍组光焦度为负，后固定组光焦度为正。
第一透镜与第四透镜后表面均采用非球面，且在非球面基础上采用衍射面。
所述第一透镜采用硅材料，其余镜片均采用锗材料。
第一透镜是一片凸面向物侧的弯月形硅正透镜；第二透镜是一片凸面向物侧的弯月形锗正透镜；第三透镜是一片双面为凹面的锗负透镜；第四透镜为一片双凸锗正透镜，第五透镜为一片凸面向物侧的弯月形锗正透镜；第六透镜为一片凸面向像侧的弯月形锗负透镜，第七透镜为一片凸面向像侧的弯月形锗正透镜。
镜头从广角状态到望远状态时，第二正弯月透镜沿光轴先朝向第一透镜移动后背离第一透镜移动，第三透镜沿光轴背离第一透镜移动。
变焦过程中始终保持F数为4。
连续变焦倍数大于10倍，且可以配合640×512分辨率，像元大小为15μm中波制冷探测器使用。
本发明的有益效果为：由于采用了正、正、负、正的光学结构以及补偿组C型的运动方式，使得本发明在采用较少镜片的情况下即可达到10倍以上的变倍比，并保证了结构的紧凑。由于采用了较少的透镜数量，提高了透过率，使得本发明中的镜头成像效果好，易于调整和组装。同时，本发明只采用2面非球面以及衍射面降低了镜头的成本。
附图说明：
图1是本发明的透镜截面图；
图2是本发明的红外连续变焦镜头在广角状态、中焦状态及望远状态时的变焦过程示意图；
图3是本发明广角状态下调制传递函数图；
图4是本发明长焦状态下调制传递函数图；
图中，1-前固定组，2-补偿组，3-变倍组，4-后固定组，5-转像组，11-第一透镜，21-第二透镜，31-第三透镜，41-第四透镜，42-第五透镜，51-第六透镜，52-第七透镜。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种中波制冷红外连续变焦镜头，包含5组7片透镜，沿光轴从物侧到像侧依次为前固定组1、补偿组2、变倍组3、后固定组4和转像组5；其中，所述前固定组1为固定不动的第一透镜11，补偿组2由第二透镜21组成，第二透镜21沿光轴移动来补偿像面移动，变倍组3即第三透镜31沿光轴移动实现变焦，后固定组4由第四透镜41与第五透镜42组成，后固定组4固定不动，转像组5由第六透镜51与第七透镜52组成，转像组5实现转像以及光阑匹配的作用。
实施例2
如图1、图2所示，本发明提供了一种中波制冷红外连续变焦镜头，包含5组7片透镜，沿光轴从物侧到像侧依次为前固定组1、补偿组2、变倍组3、后固定组4和转像组5；其中，所述前固定组1为固定不动的第一透镜11，补偿组2由第二透镜21组成，第二透镜21沿光轴移动来补偿像面移动，变倍组3即第三透镜31沿光轴移动实现变焦，后固定组4由第四透镜41与第五透镜42组成，后固定组4固定不动，转像组5由第六透镜51与第七透镜52组成，转像组5实现转像以及光阑匹配的作用。
第一透镜11为一片凸面朝向物侧的弯月硅正透镜，第二透镜21为一片凸面向物侧的弯月形锗正透镜，第三透镜31为一片双面为凹面的锗负透镜，第四透镜41为一片双凸锗正透镜，第五透镜42为一片凸面向物侧的弯月形锗正透镜，第六透镜51为一片凸面向像侧的弯月形锗负透镜，第七透镜52为一片凸面向像侧的弯月形锗正透镜。
前固定组1、补偿组2、变倍组3和后固定组4，其光焦度分别为正、正、负、正。当镜头组的位置状态从广角状态向望远状态变化时，补偿组2即第二透镜21沿光轴先朝向第一透镜11移动后背离第一透镜11移动，变倍组3即第三透镜31沿光轴背离第一透镜11移动。上述的光焦度组合方式以及运动方式使得镜头组实现了10倍以上的光学变焦。
转像组5包含第六透镜51和第七透镜52，可以实现100％冷光阑效率，同时可以通过转像的方式来降低长焦镜头前镜片的尺寸。
在本实施例中，镜头的F数始终固定为4，可以配合640×512分辨率，像元大小为15μm中波制冷探测器使用。
实施例3
在本实施例中，采用如权利要求2所述的中波制冷红外连续变焦镜头，第一透镜11背离物面的表面以及第四透镜41背离物面的表面选用非球面，并在非球面基础上采用衍射面。非球面透镜的特点是：从透镜中心到周边曲率是连续变化的。与从透镜中心到周边有一定曲率的球面透镜不同，非球面透镜具有更佳的曲率半径特性，具有改善球差等像差的优点，能够使得视野变得更大而真实。采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。
通常非球面形表达式为：
z代表光轴方向的位置，r代表相对光轴的垂直方向上的高度，c代表曲率半径，k代表圆锥系数，α4、α6、α8…代表非球面系数。
在非球面形数据中，E-n代表“×10-n”，例如2.01E-06代表2.01×10-6。
在本实施例中，衍射面的采用可以改变不同波段光线的焦点位置，可以校正长焦***的色差，从而改善成像质量。
衍射面表达式为：
Φ＝A1ρ2+A2ρ2
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为衍射面的位相系数。
下面参照下面的表格对本发明进行更为详细的描述。
本方案中的镜头的变倍比为10.6倍，最长焦距为320mm，最短焦距为30mm。
其中，表一为本实施例的光学元件参数表。
表一中D1是第一透镜11和第二透镜21的间距，D2是第二透镜21和第三透镜31的间距，D3是第三透镜31和第四透镜41的间距。表一：光学元件参数表
表二：变焦位置与透镜组间距的关系
表三：非球面系数
| k | α4 | α6 | α8 | |
| 非球面1 | 0.0572 | 1.86E-009 | 2.30E-14 | -1.22E-17 |
| 非球面2 | -4.35269 | 2.18E-007 | 2.37E-10 | 3.92E-13 |
表四：衍射面系数
| A1 | A2 | |
| 非球面1 | 32.155978 | 0.298415 |
| 非球面2 | -40.490544 | -6.290909 |
图3和图4为本发明广角状态和望远状态时调制传递函数MTF图，且其横轴为每毫米的线对数(line pair per millimeter)，纵轴为对比度数值。
从图中我们可以发现，无论是在广角状态还是在望远状态下本***都可以得到较高品质的图像，本发明中波制冷红外连续变焦镜头具有较好的光学效果。
Claims (8)
1.一种中波制冷红外连续变焦镜头，其特征在于，包含5组7片透镜，沿光轴从物侧到像侧依次为前固定组、补偿组、变倍组、后固定组和转像组；其中，所述前固定组为固定不动的第一透镜，补偿组由第二透镜组成，第二透镜沿光轴移动来补偿像面移动，变倍组即第三透镜沿光轴移动实现变焦，后固定组由第四透镜与第五透镜组成，后固定组固定不动，转像组由第六透镜与第七透镜组成，转像组实现转像以及光阑匹配的作用。
2.根据权利要求1所述的一种中波制冷红外连续变焦镜头，其特征在于，前固定组光焦度为正，补偿组光焦度为正，变倍组光焦度为负，后固定组光焦度为正。
3.根据权利要求1所述的一种中波制冷红外连续变焦镜头，其特征在于，第一透镜与第四透镜后表面均采用非球面，且在非球面基础上采用衍射面。
4.根据权利要求1所述的一种中波制冷红外连续变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜采用硅材料，其余镜片均采用锗材料。
5.根据权利要求1所述的一种中波制冷红外连续变焦镜头，其特征在于，第一透镜是一片凸面向物侧的弯月形硅正透镜；第二透镜是一片凸面向物侧的弯月形锗正透镜；第三透镜是一片双面为凹面的锗负透镜；第四透镜为一片双凸锗正透镜，第五透镜为一片凸面向物侧的弯月形锗正透镜；第六透镜为一片凸面向像侧的弯月形锗负透镜，第七透镜为一片凸面向像侧的弯月形锗正透镜。
6.根据权利要求1所述的一种中波制冷红外连续变焦镜头，其特征在于，镜头从广角状态到望远状态时，第二正弯月透镜沿光轴先朝向第一透镜移动后背离第一透镜移动，第三透镜沿光轴背离第一透镜移动。
7.根据权利要求6所述的一种中波制冷红外连续变焦镜头，其特征在于，变焦过程中始终保持F数为4。
8.根据权利要求1所述的一种中波制冷红外连续变焦镜头，其特征在于，连续变焦倍数大于10倍，且可以配合640×512分辨率，像元大小为15μm中波制冷探测器使用。
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