CN210864181U

CN210864181U - 中波红外长焦距镜头

Info

Publication number: CN210864181U
Application number: CN201921986863.5U
Authority: CN
Inventors: 虞翔; 孙浩; 崔文楠; 张涛
Original assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-06-26
Anticipated expiration: 2029-11-18

Abstract

本专利公开了一种中波红外长焦距镜头。本专利的长焦距光学镜头构成为，从物体侧起顺次配置的如下光学元件：具有正光焦度的反射镜群和具有正光焦度的透镜群，其特征在于，所述中波长焦距镜头满足以下条件式：1.08≥|F₁/F|≥0.62，其中F表示中波红外长焦距镜头的全***焦距，F₁表示反射镜群的焦距。本专利的有益效果在于能够提供一种大口径、大孔径光阑，高分辨率，并具有优异的成像性能的中波红外长焦距镜头。

Description

中波红外长焦距镜头

技术领域

本专利属于光学技术领域，尤其涉及一种中波红外长焦距镜头。

背景技术

近年来，红外成像技术的应用广度和深度都有了长足的发展，中波制冷型探测器由于其灵敏度高，其价格比同类型长波红外探测器具有明显优势等特点，在目标搜寻、导弹预警探测、情报侦察等军事和相关的民用领域有着广阔的应用前景。特别是针对超远距离目标的早期探测、低辐射隐身目标的扫描发现、超高速目标的跟踪探测等领域需要更高的灵敏度和更高的能量收集。相对于透射式***受限于红外透光材料的尺寸限制，反射式***的优点是无色差，尺寸大，***能量损失小。但是反射式的缺点是轴外像差大，一般只适用于小视场，小相对孔径的光学***。

折反射***由反射镜群与透镜群组合而成，既具有反射式***口径可以做得很大的优点，同时也具有透射式***的大相对孔径、大视场的优点。

【先行技术文献】

【专利文献】公开号CN102385158A

就文献1所示的光学***而言，虽然利用折反射***提供了一种大口径比，中波段红外望远镜光学***，但是由主次镜所组成的反射镜群的焦距过长，光焦度过小，造成整个***的尺寸过长，不适合近年来要求的动态目标跟踪观察的要求。

发明内容

本专利中，为了消除上述现有技术的问题点，其目的在于提供一种大口径、大孔径光阑，高分辨率，并具有优异的成像性能的中波红外长焦距镜头。

为了解决上述课题且达到目的，本专利的长焦距光学镜头构成为，从物体侧起顺次配置的如下光学元件：具有正光焦度的反射镜群和具有正光焦度的透镜群，其特征在于，所述中波红外长焦距镜头满足以下条件式(1)：

1.08≥|F₁/F|≥0.62，

其中F表示中波红外长焦距镜头的全***焦距，F₁表示反射镜群的焦距。

根据本专利，能够提供一种大口径，大孔径光阑、高分辨率，并具有优异的成像性能的中波红外长焦距镜头。

此外，本专利的中波红外长焦距镜头，根据所述专利，其特征在于，所述中波红外长焦距镜头满足以下条件式(2)：

13.95≤F₁/F₂≤20.98，

其中F₂表示所述透镜群的焦距。

根据本专利，能够提供一种体积小，质量轻，具有优异的成像性能的中波红外长焦距镜头。

此外，本专利的中波红外长焦距镜头，根据所述专利，其特征在于，所述的反射镜群中由主反射镜和次反射镜组成，满足以下条件式(3)

0.09≤|R₁/Φ₂|≤0.18，

Φ₂为次镜的光学有效口径，R₁为主镜的表面曲率半径。

根据本专利，在缩小光学***总长的同时，降低遮拦比，避免成像***的能量损失，有利于远距离目标的发现和跟踪。

根据本专利所起到的效果是，能够提供一种大口径、大孔径光阑，高分辨率，并具有优异的成像性能的中波红外长焦距镜头。

附图说明

图1是表示实施例1的长焦距镜头的结构剖面图。

图2是实施例1的长焦距镜头的诸像差图。

图3是实施例1的长焦距镜头的调制传递函数图。

图4是表示实施例2的长焦距镜头的结构剖面图。

图5是实施例2的长焦距镜头的诸像差图。

图6是实施例2的长焦距镜头的调制传递函数图。

图7是表示实施例3的长焦距镜头的结构剖面图。

图8是实施例3的长焦距镜头的诸像差图。

图9是实施例3的长焦距镜头的调制传递函数图。

符号说明

M₁₁M₂₁M₃₁ 主反射镜

M₁₂M₂₂M₃₂ 次反射镜

L₁₃L₂₃L₃₃ 透镜1

L₁₄L₂₄L₃₄ 透镜2

L₁₅L₂₅L₃₅ 透镜3

L₁₆L₂₆ 透镜4

IMG 成像面

ST 冷光阑

具体实施方式

以下，根据实施例及附图对本专利作进一步的详细说明：

本专利的中波红外长焦距镜头，从物体侧起顺次配置的如下光学元件：具有正光焦度的反射镜群和具有正光焦度的透镜群。如文献1所述，为了实现对远距离目标的早期发现，为了确保能量的收集，必须采用大口径反射镜群汇聚光线。另一方面，为了满足大视场的目标发现，确保整个视场内良好的成像性能，本专利采用在反射镜群后配置透镜群的折反射***。

此外，在本专利中，为了实现在更小的结构尺寸下，获得更好的成像性能，除了上述特征外还设定一下所示的各种条件式。

首先，在本专利的长焦距镜头中，所述反射镜群的合成焦距设为F₁，光学***的全***焦距设为F时，优先满足下面的条件式(1):

1.6≥|F₁/F|≥0.5

条件式(1)规定了反射镜群的光焦度大小。本专利的光学***，通过满足条件式(1)，能够降低***尺寸的同时维持良好的成像性能。若在条件式(1)下限，则反射镜群的光焦度过小，其结果是光学***的总长延长，因此不是优选。另一方面，若在条件式(1)中超过其上限，则所述反射镜群的光焦度过大，产生的像差难以靠透镜群修正，其结果是光学性能的下降，因此不是优选。

此外，在本专利的长焦距镜头中，所述透镜群的合成焦距设为F₂时，满足以下条件式(2)

10≤F₁/F₂≤25

条件式(2)规定了透镜群与反射镜群的光焦度之比，决定了中间像面与最终像面之间的长度比值，是影响光学***总长的重要因素。若在条件式(2)中超过其上限，则光焦度比值过大，***像差无法完全校正，导致成像性能的劣化，因此不为优选。另一方面，若在条件式(2)中超过其下限，则所述光焦度比值过低，中间像面与最终像面之间距离拉长，其结果是造成光学***总长过长，因此不是优选。

此外，在本专利的长焦距镜头中，所述反射镜群中次镜的光学有效口径为Φ₂，主镜的表面曲率半径为R₁时，满足以下条件式(3)

0.05≤|R₁/Φ₂|≤0.2

条件式(3)规定次镜口径与主镜曲率半径之比，决定了光学***的遮拦比，是影响光学***能量的重要因素。若在条件式(3)中超过其下限，则主镜光焦度比值过大，球面像差无法被后***完全校正，导致成像性能的劣化，因此不为优选。另一方面，若在条件式(3)中超过其上限，则所述次镜的口径过大，光学***的遮拦比增加，其结果是造成光学***的能量损失过大，因此不是优选。

如以上说明，根据本专利，能够实现大口径，高分辨率，大相对孔径，且全视场成像性能优异的中波红外长焦距镜头。

以下，基于附图详细说明本专利的长焦距镜头的实施例。还有，以下实施例不限定本专利。

实施例1

图1是表示实施例1的长焦距镜头的结构的沿光轴的剖面图。该长焦距镜头其构成为：具有正光焦度的反射镜群和具有正光焦度的透射镜群。所述反射镜群构成为，主反射镜M₁₁，次反射镜M₁₂；所述透镜群构成为：正透镜L₁₃，正透镜L₁₄，负透镜L₁₅和正透镜L₁₆，其后配置冷光阑ST和像面IMG。

以下，示出关于实施例1的中波红外长焦距镜头的各种数值数据。

(光学***的基本数据)

名称	面序号	类型	曲率半径	厚度	材料
							S0	物方	INF	INF
主镜	M1	非球面	-721.32	-290.37
						次镜	M2	球面	-297.70	167.12
透镜1	S3	球面	-68.43	3.20	硅
							S4	球面	-57.87	81.49
透镜2	S5	球面	79.30	6.50	硅
							S6	球面	8954.00	2.67
透镜3	S7	球面	-492.25	11.70	锗
							S8	球面	203.27	24.32
透镜4	S9	球面	25.99	12.50	硅
							S10	球面	18.41	15.87
CG	S11		INF	1.000	硅
							S12		INF	2.860
ST	S13		INF	0.300	锗
						IMG	S14		INF	20.470

透镜类型标“非球面”的为非球面表面。非球面形状的表达式用下面的方程式表示，其中，垂直于光轴的高度为H，以透镜面顶部为原点时高度H在光轴方向的矢位量为X(H)，面顶部曲率半径为R，科尼系数为K，2次非球面系数为A，4次非球面系数为B，6次非球面系数为C，8次非球面系数为D，10 次非球面系数为E。

(非球面数据)

面序号	K	B	C	D	E
						M1	-1.00	+0.00	+0.00	+0.00	+0.00

实施例2

图4是表示实施例2的长焦距镜头的结构的沿光轴的剖面图。该长焦距镜头其构成为：具有正光焦度的反射镜群和具有正光焦度的透射镜群。所述反射镜群构成为，主反射镜M₂₁，次反射镜M₂₂；所述透镜群构成为：负透镜L₂₃，正透镜L₂₄，负透镜L₂₅和正透镜L₂₆，其后配置冷光阑ST和像面IMG。

以下，示出关于实施例2的中波红外长焦距镜头的各种数值数据。

(光学***的基本数据)

名称	面序号	类型	曲率半径	厚度	材料
							S0	物方	INF	0.000
主镜	M1	非球面	-632.94	-225.00
						次镜	M2	球面	-586.07	173.72
透镜1	S3	非球面	55.99	8.00	锗
							S4	非球面	37.00	1.00
透镜2	S5	球面	76.17	5.00	硅
							S6	球面	-87.87	18.65
透镜3	S7	球面	-212.00	4.00	锗
							S8	球面	941.53	2.00
透镜4	S9	球面	18.99	10.00	硅
							S10	球面	15.13	3.00
CG	S11		INF	1.000	硅
							S12		INF	2.860
ST	S13		INF	0.300	锗
						IMG	S14		INF	20.470

(非球面数据)

面序号	K	B	C	D	E
						M1	-1.00	0.00E+00	0.00E+00	0.00E+00	0.00E+00
S3	-1.75	-1.20E-05	6.20E-10	-2.89E-13	3.36E-14
						S4	-2.46	-1.31E-05	9.55E-09	5.66E-12	7.50E-15

实施例3

图7是表示实施例3的长焦距镜头的结构的沿光轴的剖面图。该长焦距镜头其构成为：具有正光焦度的反射镜群和具有正光焦度的透射镜群。所述反射镜群构成为，主反射镜M₃₁，次反射镜M₃₂；所述透射镜群构成为：负透镜L₃₃，正透镜L₃₄和正透镜L₃₅，其后配置冷光阑ST和像面IMG。

以下，示出关于实施例3的中波红外长焦距镜头的各种数值数据。

(光学***的基本数据)

名称	面序号	类型	曲率半径	厚度	材料
							S0	物方	INF	0.000
主镜	M1	非球面	-492.01	-173.63
						次镜	M2	非球面	-422.29	61.73
	S3		INF	61.73
						透镜1	S4	非球面	-60.47	7.19	锗
	S5	非球面	259.93	0.77
						透镜2	S6	球面	-48.48	7.59	硅
	S7	球面	-20.92	29.61
						透镜3	S8	球面	13.04	3.82	硅
	S9	球面	12.01	2.62
						CG	S10		INF	2.00	硅
	S11		INF	5.860
						ST	S12		INF	0.300	锗
IMG	S13		INF	20.400

(非球面数据)

面序号	K	B	C	D	E
						M1	-0.65	0.00E+00	0.00E+00	0.00E+00	0.00E+00
M2	13.11	0.00E+00	0.00E+00	0.00E+00	0.00E+00
						S4	0.00	-1.28E-04	-3.58E-07	3.86E-10	-3.67E-11
S5	0.00	-7.25E-05	2.11E-07	-5.09E-10	7.67E-13

各实施例的条件式计算值的一览表如下：

Claims

1.一种中波红外长焦距镜头，从物体侧起顺次配置的如下光学元件：具有正光焦度的反射镜群和具有正光焦度的透镜群，其特征在于：

所述中波红外长焦距镜头满足以下条件式：

1.08≥|F₁/F|≥0.62，

其中F表示中波红外长焦距镜头的全***焦距，F₁表示反射镜群的焦距；

所述的正光焦度的反射镜群和具有正光焦度的透镜群满足以下条件式：

13.95≤F₁/F₂≤20.98，

其中F₂表示所述透镜群的焦距。

2.根据权利要求1所述的一种中波红外长焦距镜头，其特征在于，所述的正光焦度的反射镜群由主反射镜和次反射镜组成，主反射镜和次反射镜满足以下条件式

0.09≤|R₁/Φ₂|≤0.18，

Φ₂为次反射镜的光学有效口径，R₁为主反射镜的表面曲率半径。