CN114815195B - 一种用于红外波段的大视场变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于红外波段的大视场变焦镜头，该红外变焦镜头以物方至像方为序，在同一光轴上依次设置有第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组，其中第一透镜组包括自左向右依次设置的平凹透镜(1)、第一凸透镜(2)及平凸透镜(3)；第二透镜组自左向右包括：凹透镜(4)、第一负弯月透镜(5)以及第二凸透镜(6)；第三透镜组包括第一正弯月透镜(7)及第二负弯月透镜(8)；第四透镜组由第三凸透镜(9)、第四凸透镜(10)以及正弯月透镜(11)组成。本发明提供的镜头变倍比为10倍，可实现0.6mm至6mm焦段的变焦，在红外变焦镜头中具有超短焦、大视场的特点，能够有效提供红外大视场拍摄的需要。
Description
技术领域
本发明属于红外光学成像技术领域，特别涉及一种用于红外波段的大视场变焦镜头。
背景技术
红外镜头由于成像原理不同于可见光，其利用被测物体自身热辐射成像的原理能够使其在工作时不受外界环境的干扰，在各种极端、恶劣的环境下仍能够正常工作，且由于近几年非制冷探测器通过各种技术使得成本不断下降，所以其适用范围越来越广泛，这同时就使得红外热成像***逐步由军用向民用过渡。
短波红外技术是目前成像技术的新领域，成像光谱范围是0.9-1.7微米，位于红外三个大气窗口中，在透烟雾海上侦查、夜视增强、导弹卫星防御等方面都具有非常广泛的应用，该优势是其他相机无法企及的。
我国短波红外技术发展缓慢，其中短波红外镜头的研发也在初步阶段，目前的短波红外镜头的变倍比较低、不能满足大视场探测的需求。
发明内容
为了克服上述当前技术的不足，本发明提出了一种用于红外波段的大视场变焦镜头，变倍比为10倍，焦距范围从0.6mm到6mm之间变化，能够提供超短焦、大视场监测。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于红外波段的大视场变焦镜头，该红外变焦镜头以物方至像方为序，在同一光轴上依次设置有第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组；其中：
所述第一透镜组包括自左向右依次设置的平凹透镜1、第一凸透镜2及平凸透镜3；
所述第二透镜组自左向右包括：凹透镜4、第一负弯月透镜5以及第二凸透镜6；
所述第三透镜组包括第一正弯月透镜7及第二负弯月透镜8；
所述第四透镜组由第三凸透镜9、第四凸透镜10以及第二正弯月透镜11组成。
进一步地，所述平凹透镜1的物面侧为平面、像面侧为凹面；所述第一凸透镜2的物面侧为凸面、像面侧为凸面；所述平凸透镜3的物面侧为凸面、像面侧为平面；所述凹透镜4的物面侧为凹面、像面侧为凹面；所述第一负弯月透镜5的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第二凸透镜6的物面侧为凸面、像面侧为凸面；所述第一正弯月透镜7的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第二负弯月透镜8的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第三凸透镜9的物面侧为凸面、像面侧为凸面；所述第四凸透镜10的物面侧为凸面、像面侧为凸面；所述第二正弯月透镜11的物面侧为凸面、像面侧为凹面；所述第二凸透镜6及第一正弯月透镜7之间设有光阑。
进一步地，所述平凹透镜1、第一凸透镜2、平凸透镜3、凹透镜4、第一负弯月透镜5、第二凸透镜6、第一正弯月透镜7、第二负弯月透镜8、第三凸透镜9、第四凸透镜10、第二正弯月透镜11的材料均采用HPFS7979熔融石英。
进一步地，所述平凹透镜1与第一凸透镜2之间的距离为22.468mm；所述第一凸透镜2与平凸透镜3之间的距离为14.631mm；所述凹透镜4与第一负弯月透镜5之间的距离为1.433mm；所述第一负弯月透镜5与第二凸透镜6之间的距离为6.874mm；所述第一正弯月透镜7与第二负弯月透镜8之间的距离为1.677mm；所述第三凸透镜9与第四凸透镜10之间的距离为0.1mm；所述第四凸透镜10与第二正弯月透镜11之间的距离为0.1mm。
进一步地，所述第一透镜组与第二透镜组之间的距离为0.156～23.253mm；所述第二透镜组与第三透镜组之间的距离为47.866mm；所述第三透镜组与第四透镜组之间的距离为19.069～0.1mm；所述第四透镜组与像面之间的距离为18.00～22.375mm。
进一步地，所述平凹透镜1左侧球面半径为无穷，所述平凹透镜1右侧球面半径为18.758mm；所述第一凸透镜2左侧球面半径为1140.245mm，所述第一凸透镜2右侧球面半径为-23.217mm；所述平凸透镜3左侧球面半径为20.310mm，所述平凸透镜3右侧球面半径为无穷；所述凹透镜4左侧球面半径为-23.575mm，所述凹透镜4右侧球面半径为1.654mm；所述第一负弯月透镜5左侧球面半径为-1.687mm，所述第一负弯月透镜5右侧球面半径为-16.169mm；所述第二凸透镜6左侧球面半径为11.558mm，所述第二凸透镜6右侧球面半径为-21.521mm；所述第一正弯月透镜7左侧球面半径为-15.492mm，所述第一正弯月透镜7右侧球面半径为-10.887mm；所述第二负弯月透镜8左侧球面半径为-7.518mm，所述第二负弯月透镜8右侧球面半径为-17.180mm；所述第三凸透镜9左侧球面半径为1947.443mm，所述第三凸透镜9右侧球面半径为-29.913mm；所述第四凸透镜10左侧球面半径为31.836mm，所述第四凸透镜10右侧球面半径为-79.873mm；所述第二正弯月透镜11左侧球面半径为14.796mm，所述第二正弯月透镜11右侧球面半径为50.667mm。
进一步地，所述平凹透镜1、第一凸透镜2及平凸透镜3、凹透镜4、第一负弯月透镜5以及第二凸透镜6、第一正弯月透镜7及第二负弯月透镜8、第三凸透镜9、第四凸透镜10以及第二正弯月透镜11均有球面玻璃组成。
进一步地，所述平凹透镜1、第一凸透镜2、第二凸透镜6、第一正弯月透镜7、第二负弯月透镜8、第三凸透镜9、第四凸透镜10、第二正弯月透镜11的厚度为5.00mm；所述平凸透镜3、凹透镜4、第一负弯月透镜5的厚度为3.00mm。
进一步地，所述变焦镜头从短焦状态到长焦状态过程中，第一透镜组与第二透镜组之间的距离逐渐增大、第二透镜组与第三透镜组之间的距离逐渐减小、第三透镜组与第四透镜组之间的距离逐渐减小、第四透镜组与像面之间的距离逐渐增大；所述镜头有效焦距从0.599854到6mm之间变化。
进一步地，所述镜头的最大径向视场用近轴成像高度表示为0.225mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：目前市面上大部分红外镜头焦距较长，只适应于中远距离红外探测，本发明提供的红外波段大视场变焦镜头，变倍比可达十倍，最小焦距为0.6mm，最大焦距为6mm，超短焦模式视场大，能够很好的满足大视场探测目的，大视场拍摄能够在单次拍摄时提供更多的信息，提升了信息获取的效率。在狭小空间的红外探测方面具有巨大的优势，具有大变倍比，调焦范围大，能够适应多种距离的测量，本发明的全***采用球面玻璃，避免了价格昂贵的非球面。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于红外波段大视场变焦镜头光路示意图；
图2-A为短焦0.6mm下，本实施例提供的光路图；
图2-B为短焦0.6mm下，本实施例提供的弥散斑半径示意图；
图2-C为短焦0.6mm下的，本实施例提供的光学传递函数曲线；
图2-D为短焦0.6mm下的，本实施例提供的场曲、畸变曲线；
图3-A为短焦2.6mm下，本实施例提供的光路图；
图3-B为短焦2.6mm下，本实施例提供的弥散斑半径示意图；
图3-C为短焦2.6mm下的，本实施例提供的光学传递函数曲线；
图3-D为短焦2.6mm下的，本实施例提供的场曲、畸变曲线；
图4-A为短焦6mm下，本实施例提供的光路图；
图4-B为短焦6mm下，本实施例提供的弥散斑半径示意图；
图4-C为短焦6mm下的，本实施例提供的光学传递函数曲线；
图4-D为短焦6mm下的，本实施例提供的场曲、畸变曲线。
其中：1为平凹透镜，2为第一凸透镜，3为平凸透镜，4为凹透镜，5为第一负弯月透镜，6为第二凸透镜，7为第一正弯月透镜，8为第二负弯月透镜，9为第三凸透镜，10为第四凸透镜，11为第二正弯月透镜，12为光阑。
具体实施方式
现结合附图以及实施例对本发明做详细的说明。
参见图1，本实施例提供的一种用于红外波段的大视场变焦镜头包括：沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组以及第四透镜组；
本实施例提供的第一透镜组包括从左向右依次设置的平凹透镜1、第一凸透镜2及平凸透镜3；
本实施例提供的第二透镜组自左向右包括：凹透镜4、第一负弯月透镜5以及第二凸透镜6；
本实施例提供的第三透镜组包括第一正弯月透镜7及第二负弯月透镜8；
本实施例提供的第四透镜组包括第三凸透镜9、第四凸透镜10以及第二正弯月透镜11；
本实施例提供的平凹透镜1的物面侧为平面、像面侧为凹面；第一凸透镜2的物面侧为凸面、像面侧为凸面；平凸透镜3的物面侧为凸面、像面侧为平面；凹透镜4的物面侧为凹面、像面侧为凹面；第一负弯月透镜5的物面侧为凹面、像面侧为凸面；第二凸透镜6的物面侧为凸面、像面侧为凸面；第一正弯月透镜7的物面侧为凹面、像面侧为凸面；第二负弯月透镜8的物面侧为凹面、像面侧为凸面；第三凸透镜9的物面侧为凸面、像面侧为凸面；第四凸透镜10的物面侧为凸面、像面侧为凸面；第二正弯月透镜11的物面侧为凸面、像面侧为凹面；第二凸透镜6及第一正弯月透镜7之间设有光阑12；
本实施例提供的平凹透镜1、第一凸透镜2、平凸透镜3、凹透镜4、第一负弯月透镜5、第二凸透镜6、第一正弯月透镜7、第二负弯月透镜8、第三凸透镜9、第四凸透镜10、第二正弯月透镜11的材料均采用HPFS7979熔融石英；
本实施例提供的平凹透镜1与第一凸透镜2之间的距离为22.468mm；第一凸透镜2与平凸透镜3之间的距离为14.631mm；凹透镜4与第一负弯月透镜5之间的距离为1.433mm；第一负弯月透镜5与第二凸透镜6之间的距离为6.874mm；第一正弯月透镜7与第二负弯月透镜8之间的距离为1.677mm；第三凸透镜9与第四凸透镜10之间的距离为0.1mm；第四凸透镜10与第二正弯月透镜11之间的距离为0.1mm；
本实施例提供的第一透镜组与第二透镜组之间的距离为0.156～23.253mm；第二透镜组与第三透镜组之间的距离为47.866mm；第三透镜组与第四透镜组之间的距离为19.069～0.1mm；第四透镜组与像面之间的距离为18.00～22.375mm；
本实施例提供的平凹透镜1左侧球面S2半径为无穷，平凹透镜1右侧球面S3半径为18.758mm；第一凸透镜2左侧球面S4半径为1140.245mm，第一凸透镜2右侧球面S5半径为-23.217mm；平凸透镜3左侧球面S6半径为20.310mm，平凸透镜3右侧球面S7半径为无穷；凹透镜4左侧球面S8半径为-23.575mm，凹透镜4右侧球面S9半径为1.654mm；第一负弯月透镜5左侧球面S10半径为-1.687mm，第一负弯月透镜5右侧球面S11半径为-16.169mm；第二凸透镜6左侧球面S12半径为11.558mm，第二凸透镜6右侧球面S13半径为-21.521mm；S1处为物面，光阑12位于S14处，第一正弯月透镜7左侧球面S15半径为-15.492mm，第一正弯月透镜7右侧球面S16半径为-10.887mm；第二负弯月透镜8左侧球面S17半径为-7.518mm，第二负弯月透镜8右侧球面S18半径为-17.180mm；第三凸透镜9左侧球面S19半径为1947.443mm，第三凸透镜9右侧球面S20半径为-29.913mm；第四凸透镜10左侧球面S21半径为31.836mm，第四凸透镜10右侧球面S22半径为-79.873mm；第二正弯月透镜11左侧球面S23半径为14.796mm；第二正弯月透镜11右侧球面S24半径为50.667mm。
本实施例提供的一种用于红外波段的大视场变焦镜头包括：平凹透镜1、第一凸透镜2及平凸透镜3、凹透镜4、第一负弯月透镜5以及第二凸透镜6、第一正弯月透镜7及第二负弯月透镜8、第三凸透镜9、第四凸透镜10以及第二正弯月透镜11均有球面玻璃组成。
本实施例提供的平凹透镜1、第一凸透镜2、第二凸透镜6、第一正弯月透镜7、第二负弯月透镜8、第三凸透镜9、第四凸透镜10、第二正弯月透镜11的厚度为5.00mm；平凸透镜3、凹透镜4、第一负弯月透镜5的厚度为3.00mm；
本实施例提供的一种用于红外波段的大视场变焦镜头，从短焦状态到长焦状态过程中，第一透镜组与第二透镜组之间的距离逐渐增大、第二透镜组与第三透镜组之间的距离逐渐减小、第三透镜组与第四透镜组之间的距离逐渐减小、第四透镜组与像面之间的距离逐渐增大；镜头有效焦距从0.599854到6mm之间变化。
本实施例提供的镜头***的性能参数为：
本实施例提供的镜头的最大径向视场用近轴成像高度表示为0.225mm，焦距范围为0.6mm～6mm；波长为1550nm，镜头总长为152.7695～186.35818mm；
本实施例提供的红外波段的大视场变焦镜头，在由短焦到长焦的过程中，第一透镜组与第二透镜组之间的距离逐渐增大，第二透镜组与第三透镜组之间的距离逐渐减小，第三透镜组与第四透镜组之间的距离逐渐减小，第四透镜组与像面之间的距离逐渐增大；
本实施例提供的红外波段大视场变焦镜头，变倍比可达十倍，最小焦距为0.6mm，视场大，能够很好的满足大视场探测目的，本发明的全***采用球面玻璃，避免了价格昂贵的非球面。
Claims (5)
1.一种用于红外波段的大视场变焦镜头，其特征在于：包括：沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组以及第四透镜组；其中：
所述第一透镜组包括从左向右依次设置的平凹透镜(1)、第一凸透镜(2)及平凸透镜(3)；
所述第二透镜组自左向右包括：凹透镜(4)、第一负弯月透镜(5)以及第二凸透镜(6)；
所述第三透镜组包括第一正弯月透镜(7)及第二负弯月透镜(8)；
所述第四透镜组包括第三凸透镜(9)、第四凸透镜(10)以及第二正弯月透镜(11)；该变焦镜头由上述十一个镜头组成；
平凹透镜(1)与第一凸透镜(2)之间的距离为22.468mm；所述第一凸透镜(2)与平凸透镜(3)之间的距离为14.631mm；所述凹透镜(4)与第一负弯月透镜(5)之间的距离为1.433mm；所述第一负弯月透镜(5)与第二凸透镜(6)之间的距离为6.874mm；所述第一正弯月透镜(7)与第二负弯月透镜(8)之间的距离为1.677mm；所述第三凸透镜(9)与第四凸透镜(10)之间的距离为0.1mm；所述第三凸透镜(10)与第二正弯月透镜(11)之间的距离为0.1mm；
所述第一透镜组与第二透镜组之间的距离为0.156～23.253mm；所述第二透镜组与第三透镜组之间的距离为47.866mm；所述第三透镜组与第四透镜组之间的距离为19.069～0.1mm；所述第四透镜组与像面之间的距离为18.00～22.375mm；
所述平凹透镜(1)左侧球面半径为无穷，所述平凹透镜(1)右侧球面半径为18.758mm；所述第一凸透镜(2)左侧球面半径为1140.245mm，所述第一凸透镜(2)右侧球面半径为-23.217mm；所述平凸透镜(3)左侧球面半径为20.310mm，所述平凸透镜(3)右侧球面半径为无穷；所述凹透镜(4)左侧球面半径为-23.575mm，所述凹透镜(4)右侧球面半径为1.654mm；所述第一负弯月透镜(5)左侧球面半径为-1.687mm，所述第一负弯月透镜(5)右侧球面半径为-16.169mm；所述第二凸透镜(6)左侧球面半径为11.558mm，所述第二凸透镜(6)右侧球面半径为-21.521mm；所述第一正弯月透镜(7)左侧球面半径为-15.492mm，所述第一正弯月透镜(7)右侧球面半径为-10.887mm；所述第二负弯月透镜(8)左侧球面半径为-7.518mm，所述第二负弯月透镜(8)右侧球面半径为-17.180mm；所述第三凸透镜(9)左侧球面半径为1947.443mm，所述第三凸透镜(9)右侧球面半径为-29.913mm；所述第四凸透镜(10)左侧球面半径为31.836mm，所述第四凸透镜(10)右侧球面半径为-79.873mm；所述第二正弯月透镜(11)左侧球面半径为14.796mm，所述第二正弯月透镜(11)右侧球面半径为50.667mm；
从短焦状态到长焦状态过程中，第一透镜组与第二透镜组之间的距离逐渐增大、第二透镜组与第三透镜组之间的距离逐渐减小、第三透镜组与第四透镜组之间的距离逐渐减小、第四透镜组与像面之间的距离逐渐增大；所述镜头有效焦距从0.599854到6mm之间变化；
所述镜头的最大径向视场用近轴成像高度表示为0.225mm。
2.根据权利要求1所述的用于红外波段的大视场变焦镜头，其特征在于：所述平凹透镜(1)的物面侧为平面、像面侧为凹面；所述第一凸透镜(2)的物面侧为凸面、像面侧为凸面；所述平凸透镜(3)的物面侧为凸面、像面侧为平面；所述凹透镜(4)的物面侧为凹面、像面侧为凹面；所述第一负弯月透镜(5)的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第二凸透镜(6)的物面侧为凸面、像面侧为凸面；所述第一正弯月透镜(7)的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第二负弯月透镜(8)的物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第三凸透镜(9)的物面侧为凸面、像面侧为凸面；所述第四凸透镜(10)的物面侧为凸面、像面侧为凸面；所述第二正弯月透镜(11)的物面侧为凸面、像面侧为凹面；所述第二凸透镜(6)及第一正弯月透镜(7)之间设有光阑(12)。
3.根据权利要求1所述的用于红外波段的大视场变焦镜头，其特征在于：平凹透镜(1)、第一凸透镜(2)、平凸透镜(3)、凹透镜(4)、第一负弯月透镜(5)、第二凸透镜(6)、第一正弯月透镜(7)、第二负弯月透镜(8)、第三凸透镜(9)、第四凸透镜(10)、第二正弯月透镜(11)的材料均采用HPFS7979熔融石英。
4.根据权利要求1所述的用于红外波段的大视场变焦镜头，其特征在于：所述平凹透镜(1)、第一凸透镜(2)及平凸透镜(3)、凹透镜(4)、第一负弯月透镜(5)以及第二凸透镜(6)、第一正弯月透镜(7)及第二负弯月透镜(8)、第三凸透镜(9)、第四凸透镜(10)以及第二正弯月透镜(11)均由球面玻璃组成。
5.根据权利要求1所述的用于红外波段的大视场变焦镜头，其特征在于：所述平凹透镜(1)、第一凸透镜(2)、第二凸透镜(6)、第一正弯月透镜(7)、第二负弯月透镜(8)、第三凸透镜(9)、第四凸透镜(10)、第二正弯月透镜(11)的厚度为5.00mm；所述平凸透镜(3)、凹透镜(4)、第一负弯月透镜(5)为厚度为3.00mm。
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