CN202204981U - 一种非致冷长波红外连续变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型所述的一种非致冷长波红外连续变焦镜头，其技术方案为从物侧算起沿光轴由前固定组、变焦组、补偿组和后调焦组共四片透镜组成，补偿组朝向物侧透镜的表面上含有衍射面，并具有表面浮雕结构，在靠近像方的表面设置有***光阑。变焦组透镜朝向物侧的表面、补偿组透镜朝向物侧的表面和后调焦组透镜朝向像方的表面含有偶次非球面。四片透镜的屈光度依次为正、负、正、正并且四片透镜均由锗材料制作。本实用新型的有益效果是：镜头使用的透镜少，体积小、透过率高，易于装调；在37.5mm～150mm内可连续变焦，在整个变焦过程中镜头的F数等于1.2并恒定不变进而整个光学***的灵敏度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种长波红外变焦距镜头，尤其涉及一种用于长波红外非致冷焦平面探测器的连续变焦距镜头。
技术背景
红外镜头作为红外***的核心组件，根据其功能的不同，可以分为定焦红外镜头、双视场红外镜头和连续变焦红外镜头；根据其接收器件的不同，可以分类为致冷红外镜头和非致冷红外镜头。红外连续变焦镜头可以实现在宽视场短焦距模式下的搜索功能和在窄视场长焦距模式下的跟踪监控功能，大大扩展其应用范围，越来越受到用户的青睐。
中国专利红外热像仪内置镜头(专利号：02232857.2)公开了一种定焦镜头，它只能看到一定视场范围内的景物而大大限制其应用范围。中国专利红外双视场无热化光学***(专利号：200920305296.2)公开的红外镜头在变倍过程中只能在两个位置清晰成像，无法实现移动目标的精确定位，在变倍过程中很容易造成目标的丢失。中国专利连续变焦的红外热成像仪(专利号：200820021340.2)公开的红外镜头采用F数1，使用了六片透镜实现变焦，由于透镜数量多，镜头整体透过率低，影响其使用效果。中国发明专利连续变焦的非制冷红外热成像仪(专利号：200810015710.6)公开的红外镜头F数1，透镜数量六片，并且其中一片采用硒化锌，在焦距50～150mm范围内实现3倍连续变焦，此***同样存在透过率低并且变倍比小的缺点。中国实用新型专利一种长波致冷红外焦平面探测器变焦距透镜***(专利号：201020257998.0)公开的镜头接收器件为致冷型探测器，由于其功耗高、体积大、不易安装等缺点，发展前景不如使用非致冷探测器为接收器件的红外镜头。
发明内容
针对现有技术所存在的缺点，本实用新型提供一种镜头焦距在37.5mm～150mm内连续可变，并在整个变焦过程中镜头的F数等于1.2并且恒定不变的非致冷长波红外连续变焦镜头。
本实用新型所述的一种非致冷长波红外连续变焦镜头，其技术方案为从物 侧算起沿光轴由前固定组、变焦组、补偿组和后调焦组共四片透镜组成，其中，前固定组是一片凸面向物侧的弯月形透镜；变焦组是一片双面为凹面的透镜；补偿组是一片凸面朝向物侧表面的平凸透镜，其朝向物侧透镜表面上含有衍射面，并具有表面浮雕结构，在靠近像方的表面设置有***光阑；后调焦组是一片凸面朝向物侧的弯月形透镜。变焦组透镜朝向物侧的表面、补偿组透镜朝向物侧的表面和后调焦组透镜朝向像方的表面含有偶次非球面。四片透镜的屈光度依次为正、负、正、正并且四片透镜均由锗材料制作。
本实用新型的连续变焦过程为：当非致冷长波红外连续变焦镜头从广角状态向远摄状态变化时，前固定组透镜在变焦过程中静止不动，即前固定组透镜到探测器焦平面的距离固定不变。变焦组透镜沿光轴向像方单向移动改变焦距，与前固定组透镜的距离逐渐增大，与补偿组透镜的距离逐渐减小，此时，镜头***的最佳成像位置不在非致冷焦平面探测器的焦平面上。补偿组透镜随着变焦组透镜的移动而进行补偿运动以达到最佳像面落于非致冷焦平面探测器的焦平面上。后调焦组透镜用于调整剩余离焦量，并且还具有在一定温度变化范围内补偿像面离焦的作用。补偿组透镜与后调焦组透镜的距离先减小后增大。
由于变焦组透镜的位置直接影响镜头的焦距，因此，前固定组透镜的焦距f1、变焦组透镜的焦距f2和后调焦组透镜的焦距f4满足以下关系：
f1/f远＞0.8，f2/f远＜-0.1，0.1＜f4/f远＜0.5，
其中，f远表示变焦镜头在远摄状态时的焦距。
本实用新型的有益效果是：镜头使用的透镜少，体积小、透过率高，易于装调；在37.5mm～150mm内可连续变焦，在整个变焦过程中镜头的F数等于1.2并恒定不变进而整个光学***的灵敏度高。
附图说明
图1为本实用新型的光学结构图；
图2为本实用新型焦距等于37.5mm时的光学结构图；
图3为本实用新型焦距等于75mm时的光学结构图；
图4为本实用新型焦距等于112.5mm时的光学结构图；
图5为本实用新型焦距等于150mm时的光学结构图；
图6为本实用新型焦距等于37.5mm时的调制传递函数；
图7为本实用新型焦距等于75mm时的调制传递函数；
图8为本实用新型焦距等于112.5mm时的调制传递函数；
图9为本实用新型焦距等于150mm时的调制传递函数。
图中，001.前固定组透镜，002.变焦组透镜，003.补偿组透镜，004.后调焦组透镜，005.非致冷焦平面探测器窗口，006.非致冷探测器焦平面，D1为前固定组透镜到变焦组透镜的距离，D2为变焦组透镜到补偿组透镜的距离，D3为补偿组透镜到后调焦组透镜的距离，D4为后调焦组透镜到非致冷焦平面探测器窗口的距离。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1，本实用新型所述的非致冷长波红外连续变焦镜头，从物侧算起沿光轴由前固定组透镜001、变焦组透镜002、补偿组透镜003和后调焦组透镜004组成，其中，前固定组透镜001是一片凸面向物侧的弯月形透镜；变焦组透镜002是一片双面为凹面的透镜；补偿组透镜003是一片凸面向物侧的平凸透镜，其朝向物侧透镜表面上含有衍射面，并具有表面浮雕结构，在靠近像方的表面设置有***光阑；后调焦组透镜004是一片凸面向物侧的弯月形透镜。变焦组透镜002朝向物侧的表面、补偿组透镜003朝向物侧的表面和后调焦组透镜004朝向像方的表面含有偶次非球面。四片透镜的屈光度依次为正、负、正、正。四片透镜均由锗材料制作。
前固定组透镜001的焦距f1、变焦组透镜002的焦距f2、后调焦组透镜004的焦距f4满足以下关系：
f1/f远＝0.98，f2/f远＝-0.16，f4/f远＝0.3。
其中，f远表示变焦镜头***在远摄状态时的焦距。
变焦组透镜002朝向物侧表面的非球面系数为：
A＝8.59864×10-7；
B＝-1.22617×10-9；
C＝3.15994×10-12；
D＝-3.53184×10-15。
补偿组透镜003朝向物侧表面的非球面系数为：
A＝-2.80733×10-7；
B＝3.13947×10-10；
C＝-7.42465×10-13；
D＝7.90683×10-16。
后调焦组透镜004朝向像方表面的非球面系数为：
A＝2.1793×10-7；
B＝-3.77945×10-13；
C＝-1.16967×10-14；
D＝8.34409×10-18。
补偿组透镜003的非球面透镜上叠加衍射面，其衍射面系数为：
c1＝-20.8547；
c2＝-0.7773。
图2、3、4和5分别为非致冷长波红外连续变焦镜头在焦距为37.5mm、75mm、112.5mm、150mm时的光学结构图。这四幅图展示了光学透镜位置的变化，可以清晰看到镜头的连续变焦过程：当非致冷长波红外连续变焦镜头从广角状态向远摄状态变化时，前固定组透镜001在变焦过程中静止不动。变焦组透镜002沿光轴向像方单向移动改变焦距，与前固定组透镜001的距离逐渐增大，与补偿组透镜003的距离逐渐减小，此时，镜头***的最佳成像位置不在非致冷焦平面探测器的焦平面006上。补偿组透镜003随着变焦组透镜002的移动而进行补偿运动以达到最佳像面落于非致冷焦平面探测器的焦平面006上。后调焦组透镜004用于调整剩余离焦量，并且还具有在一定温度变化范围内补偿像面离焦的作用。图6、7、8、9分别代表非致冷长波红外连续变焦镜头***在焦距为37.5mm、75mm、112.5mm、150mm时的调制传递函数图，图中看到镜头在变焦过程中的典型视场成像质量良好。
非致冷长波红外连续变焦镜头在37.5mm～150mm范围内变焦过程中，镜头的相对孔径保持不变，即F数等于1.2。这样可以有效地提高镜头的灵敏度和分辨率。
下表1为非致冷长波红外连续变焦镜头***光学参数表。其中D1、D2、D3分别代表前固定组弯月形锗透镜1到变焦组双凹锗透镜2的距离、变焦组双凹锗透镜2到补偿组平凸锗透镜3的距离、补偿组平凸锗透镜3到调焦组弯月形锗透镜4的距离。
表2中数据表明长波红外变焦非致冷镜头各个典型变焦位置的数据。
表1 非致冷长波红外连续变焦镜头光学参数表(单位：mm)
| 表面 | 曲率半径 | 厚度(距离) | 材料 | 折射类型 | 孔径 |
| 物面 | 无穷大 | 无限大 | |||
| 1 | 154.88 | 11.6 | 锗单晶 | 折射 | 153 |
| 2 | 224.9 | D1 | 150 | ||
| 3 | -145 | 3 | 锗单晶 | 折射 | 39 |
| 4 | 150.66 | D2 | 37.2 | ||
| 5 | 218.588 | 4 | 锗单晶 | 折射 | 42 |
| 6 | 无穷大 | D3 | 42 | ||
| 7 | 66.99 | 9 | 锗单晶 | 折射 | 70 |
| 8 | 123.437 | 38.45 | 64 | ||
| 9 | 无穷大 | 0.66 | 硅窗口 | 折射 | 50 |
| 10 | 无穷大 | 2.66 | 50 | ||
| 像面 | 无穷大 | 15.6 |
表2 非致冷长波红外连续变焦镜头变焦位置(距离)参数(单位：mm)
| 焦距 | 37.5mm | 75mm | 112.5mm | 150mm |
| D1 | 43.022 | 73.886 | 83.922 | 87.97 |
| D2 | 32.77 | 22.541 | 12.05 | 3.48 |
| D3 | 72.838 | 52.203 | 52.658 | 57.18 |
本实用新型的特点是：
1.焦距37.5mm～150mm范围内连续可变，并且各个视场成像质量良好；
2.镜头***仅使用一种红外锗材料，四片透镜实现连续变焦。光学结构紧凑、装调简单；
3.非球面及衍射面的使用大大简化***，提高成像质量；
4.镜头在变焦过程中孔径光阑恒定不变，整体***灵敏度提高。
Claims (4)
1.一种非致冷长波红外连续变焦镜头，其特征在于：从物侧算起沿光轴由前固定组(001)、变焦组(002)、补偿组(003)和后调焦组(004)共四片透镜组成，其中，前固定组(001)是一片凸面向物侧的弯月形透镜；变焦组(002)是一片双面为凹面的透镜；补偿组(003)是一片凸面朝向物侧表面的平凸透镜，其朝向物侧透镜表面上含有衍射面，并具有表面浮雕结构，在靠近像方的表面设置有***光阑；后调焦组(004)是一片凸面朝向物侧的弯月形透镜；变焦组透镜(002)朝向物侧的表面、补偿组透镜(003)朝向物侧的表面和后调焦组透镜(004)朝向像方的表面是偶次非球面。
2.按照权利要求1所述的非致冷长波红外连续变焦镜头，其特征在于：前固定组透镜(001)到非制冷探测器焦平面(006)的距离固定不变。
3.按照权利要求1所述的非致冷长波红外连续变焦镜头，其特征在于：前固定组(001)、变焦组(002)、补偿组(003)和后调焦组(004)四片透镜的屈光度依次为正、负、正、正。
4.按照权利要求1所述的非致冷长波红外连续变焦镜头，其特征在于：前固定组(001)、变焦组(002)、补偿组(003)和后调焦组(004)四片透镜均由锗材料制作。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Assignee: Yunnan KIRO-CH Photonics Co., Ltd. Assignor: Kunming Inst. of Physics Contract record no.: 2012530000038 Denomination of utility model: Uncooled long-wavelength continuous infrared zoom lens Granted publication date: 20120425 License type: Exclusive License Record date: 20120702 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120425 Termination date: 20170802 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |