CN215219302U - 一种大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，属于红外光学技术领域；其从物方到像方依次包括：前固定组、变倍组、第一补偿组、第二补偿组和后固定组，所述前固定组、变倍组、第一补偿组、第二补偿组和后固定组依序由左至右共光轴设置，本实用新型应用于分辨率640×512，像元尺寸15μm的制冷型红外探测器，变倍比为22倍，物镜总共由8片透镜组成，透镜数量少，结构简单，采用三种红外光学材料，合理分配光焦度实现了大变倍比、紧凑型、***总长短等性能要求，物镜具有连续变倍功能，通过调焦实现远近距离的观察，具有较高的成像质量。

Description

一种大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜

技术领域

本实用新型涉及一种制冷红外物镜，尤其涉及一种大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，属于红外光学技术领域。

背景技术

随着现在光学技术的发展，可见光变焦镜头已经普及，无论是军用还是民用都得到了广泛的应用。随之红外技术也日趋成熟，逐渐向可见光镜头领域靠拢，定焦镜头已经不能满足更多场合的需求，需要使用到连续变焦镜头。红外连续变焦距镜头是一种通过改变***中某些透镜组的相对位置使其焦距在一定的范围内连续改变的物镜。但是一般的红外连续变焦镜头，由于考虑到对成像质量的考虑，通常变倍比不会很大，较难做到大变倍比与成像质量之间的平衡。同时，镜头在变焦过程中随着运动组件的移动会影响各个视场成像的稳定性。因此迫切需要一种既有大变倍比、变焦稳定性高且成像质量又相对较高的连续变焦镜头。由于为制冷镜头，这种镜头另外还应同时兼顾小体积、轻重量等特点。但是，设计连续变倍制冷红外物镜光学***所面临的问题是，变倍比一般都不大，光学长度比较长。而传统的连续变倍制冷红外物镜光学***结构复杂，透镜数量多，造成***透过率低、***分辨力也低，光学总长很长，外形尺寸大。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足,本实用新型提供了一种大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜。

本实用新型所采用的技术方案是：设计一种大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，其从物方到像方依次包括：前固定组、变倍组、第一补偿组、第二补偿组和后固定组，所述前固定组、变倍组、第一补偿组、第二补偿组和后固定组依序由左至右共光轴设置，在变焦过程中，所述变倍组、第一补偿组和第二补偿组沿光轴移动以进行长焦、中焦以及短焦的转换，所述前固定组和后固定组保持原位；所述前固定组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述变倍组包括第四透镜，所述第一补偿组包括第五透镜，所述第二补偿组包括第六透镜，所述后固定组包括第七透镜和第八透镜。

进一步，所述第一透镜为弯月形正透镜，所述第二透镜为凸凹形负透镜，所述第三透镜为凸凹形正透镜。

进一步，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正；第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负；第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。

进一步，所述第四透镜为双凹负透镜，所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面，其屈光度为负。

进一步，所述第五透镜为凸凹正透镜，所述第五透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。

进一步，所述第六透镜为凸凹形负透镜，所述第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负。

进一步，所述第七透镜为双凸正透镜，所述第八透镜为凸凹形负透镜，所述第七透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面，其屈光度为正；第八透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为负。

更进一步，所述第二透镜的物侧面、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜分别设置有高次非球面；所述第二透镜物侧面采用了非球面基底上的衍射面。

与现有技术相比,本实用新型的有益效果是：本实用新型物镜采用摄远型光学结构，物镜的第一透镜光焦度为正，物镜的第二透镜光焦度为负，物镜的第三透镜光焦度为正，物镜的第一透镜、第二透镜和第三透镜光共同组成为前固定组作为调焦组；第四透镜的光焦度为负，作为变倍组，进行线性的直线移动实现变倍；第五透镜的光焦度为正，作为第一补偿组变倍组，进行非线性的直线移动实现变倍补偿；第六透镜的光焦度为负，作为第二补偿组，进行非线性的直线移动实现变倍补偿；第七透镜光焦度为正，第八透镜光焦度为负，第七透镜、第八透镜共同组成后固定组，并作为调焦组，调节远近距离的目标的成像效果和温度补偿。同时在***中混合使用折射/衍射面，使***保证像质的同时简化了光学结构形式，透镜数量少，整体物镜的体积较小，更加便于使用操作和应用范围。

本实用新型物镜通过复杂化前固定组，调整***的光焦度分配，大大压缩了***总长，缩短了变倍行程，使整个***变得紧凑而具有较高的成像质量。由于衍射光学元件具有负色散特性、负温度特性，可实现对光波面的相位调制；与折射元件配合，大大改善***成像质量，减小***体积和减轻重量，降低成本等。本实用新型物镜在大变倍比、高分辨率的要求下，引入第二个补偿组，提高***像质，缩短***总长。

本实用新型是针对分辨率640×512，像元尺寸15μm的制冷型红外探测器，提供一种大变倍比、高分辨率制冷红外物镜。该***视场为18.18°×14.58°～0.83°×0.66°，变倍比为22倍，在-40℃～+50℃范围内有良好的像质。

本实用新型物镜在场所监控、防火监测和公安、边防警戒等方面具有重要作用，能全天候、大范围的监控周边情况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型短焦时光学结构示意图；

图2为本实用新型中焦时光学结构示意图；

图3为本实用新型长焦时光学结构示意图；

图4为本实用新型短焦时20℃下传递函数图；

图5为本实用新型中焦时20℃下传递函数图；

图6为本实用新型长焦时20℃下传递函数图；

图7为本实用新型短焦时20℃下弥散斑图；

图8为本实用新型中焦时20℃下弥散斑图；

图9为本实用新型长焦时20℃下弥散斑图；

图10为本实用新型短焦时20℃下畸变图。

图11为本实用新型中焦时20℃下畸变图。

图12为本实用新型长焦时20℃下畸变图。

图中：1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-第四透镜，5-第五透镜，6-第六透镜，7-第七透镜，8-第八透镜。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，若用到术语“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。若用到术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1-图3所示：一种大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，其从物方到像方依次包括：前固定组、变倍组、第一补偿组、第二补偿组和后固定组，所述前固定组、变倍组、第一补偿组、第二补偿组和后固定组依序由左至右共光轴设置，在变焦过程中，所述变倍组、第一补偿组和第二补偿组沿光轴移动以进行长焦、中焦以及短焦的转换，所述前固定组和后固定组保持原位；所述前固定组包括第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3，所述变倍组包括第四透镜4，所述第一补偿组包括第五透镜5，所述第二补偿组包括第六透镜6，所述后固定组包括第七透镜7和第八透镜8。

所述第一透镜1为弯月形正透镜，所述第二透镜2为凸凹形负透镜，所述第三透镜3为凸凹形正透镜。所述第一透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正；第二透镜2的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负；第三透镜3的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。所述第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3共同作为前固定组和调焦组，可有效收缩光线，减小物镜的外形尺寸。

所述第四透镜4为双凹负透镜，所述第四透镜4的物侧面为凹面，像侧面为凹面，其屈光度为负；能有效校正场曲、畸变。所述第五透镜5为凸凹正透镜，所述第五透镜5的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正；有效校正球差。所述第六透镜6为凸凹形负透镜，所述第六透镜6的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负。所述第七透镜7为双凸正透镜，所述第八透镜8为凸凹形负透镜，所述第七透镜7的物侧面为凸面，像侧面为凸面，其屈光度为正；第八透镜8的物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为负。所述第七透镜7和第八透镜8作为后固定组和调焦组，调节远近距离的目标的成像效果和温度补偿。

在本实施例中，针对分辨率640×512，像元尺寸15μm的制冷红外探测器，设计出本光学***的焦距f：30mm～660mm，F数：4.0，视场：18.18°×14.58°～0.83°×0.66°。更具体地，为提高像质，改善温度变化对像质的影响，第二透镜2、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8中均采用高次非球面。所述第二透镜2有衍射面。

表1列出了第二透镜2的像侧表面S4，第四透镜4的物侧表面S7，第五透镜5的物侧表面S9，第六透镜6的物侧表面S11，第七透镜7的像侧表面S14，第八透镜8的像侧表面S16的非球面系数。

表1表面S4、S7、S9、S11、S14、S16的非球面系数

表面	K	A	B	C	D
						S4	0	-2.04722E-05	6.02489E-09	-6.12345E-11	6.92247E-17
S7	0	-1.78494E-05	2.29348E-08	-1.77345E-12	-1.17080E-15
						S9	0	2.60739E-04	-3.46658E-07	4.00505E-08	-6.52020E-15
S11	0	-1.53933E-04	4.25183E-06	-4.12298E-08	4.66732E-14
						S14	0	3.48716E-04	7.93372E-06	-4.43874E-10	6.63041E-15
S16	0	8.48716E-05	4.93372E-07	-4.73874E-10	5.63041E-16

上述透镜中的非球面满足关系式(偶次非球面方程定义如下)：

式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c＝1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。

表2列出了第二透镜2物侧面的衍射面系数。

表2表面S7的衍射面系数

表面	衍射级次	中心波长(μm)	C1	C2
					S7	1	4.25	-1.0374E-06	-3.3140E-07

其中C1、C2分别为衍射面2次项、4次项系数。

由于本实施例采用6个非球面、1个衍射面就达到了良好的成像质量，且工艺性好，能减少透镜数量，降低成本。

图4至图12为本实用新型大变倍比、紧凑型、连续变倍制冷红外物镜在20℃下的成像光学仿真数据图，其中图4至图6为光学传递函数(MTF)曲线图，横轴为每毫米线对数(lp/mm)，纵轴为对比度值；图7至图9为弥散斑(点列)图，图10至图12为畸变图。从图4至图12的图形曲线可以看出其温度为20℃下的MTF、弥散斑均方根值及畸变均在标准范围内，满足***要求。

由此可见，本实用大变倍比、紧凑型、连续变倍制冷红外物镜有良好成像质量。

上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，其特征在于，从物方到像方依次包括：前固定组、变倍组、第一补偿组、第二补偿组和后固定组，所述前固定组、变倍组、第一补偿组、第二补偿组和后固定组依序由左至右共光轴设置，在变焦过程中，所述变倍组、第一补偿组和第二补偿组沿光轴移动以进行长焦、中焦以及短焦的转换，所述前固定组和后固定组保持原位；所述前固定组包括第一透镜(1)、第二透镜(2)和第三透镜(3)，所述变倍组包括第四透镜(4)，所述第一补偿组包括第五透镜(5)，所述第二补偿组包括第六透镜(6)，所述后固定组包括第七透镜(7)和第八透镜(8)。

2.根据权利要求1所述的大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，其特征在于：所述第一透镜(1)为弯月形正透镜，所述第二透镜(2)为凸凹形负透镜，所述第三透镜(3)为凸凹形正透镜。

3.根据权利要求2所述的大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，其特征在于：所述第一透镜(1)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正；第二透镜(2)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负；第三透镜(3)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。

4.根据权利要求3所述的大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，其特征在于：所述第四透镜(4)为双凹负透镜，所述第四透镜(4)的物侧面为凹面，像侧面为凹面，其屈光度为负。

5.根据权利要求4所述的大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，其特征在于：所述第五透镜(5)为凸凹正透镜，所述第五透镜(5)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。

6.根据权利要求5所述的大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，其特征在于：所述第六透镜(6)为凸凹形负透镜，所述第六透镜(6)的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为负。

7.根据权利要求6所述的大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，其特征在于：所述第七透镜(7)为双凸正透镜，所述第八透镜(8)为凸凹形负透镜，所述第七透镜(7)的物侧面为凸面，像侧面为凸面，其屈光度为正；第八透镜(8)的物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为负。

8.根据权利要求1-7任一所述的大变倍比紧凑型连续变倍制冷红外物镜，其特征在于：所述第二透镜(2)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)、第七透镜(7)和第八透镜(8)分别有非球面；所述第二透镜(2)有衍射面。

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