CN216595713U - 一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头，所述变焦镜头从物方至像方依次有五组透镜，包括：具有正光焦度的前固定组，具有负光焦度的变倍组，具有正光焦度的补偿组，具有负光焦度的后固定组，具有正光焦度的二次成像组；本实用新型提供的变焦镜头变倍比大，可达到14变倍比，运动负荷小，所述变倍透镜组和所述补偿透镜组可轴向移动实现连续变焦。该镜头结构紧凑，满足100%冷光阑效率，成像质量高，最大视场角达到28.5°，其工作波段为10μm～11μm，焦距为20mm～280mm，变焦过程中始终保持F数为2，且可以配合640×512分辨率，像元大小25μm的长波红外制冷探测器使用。
Description
技术领域
本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头。
背景技术
本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种长焦距、大变倍比、视场角大、成像质量较好的长波制冷红外连续变焦镜头。
为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头，包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度的前固定组、具有负光焦度的变倍组、具有正光焦度的补偿组、具有负光焦度的后固定组、具有正光焦度的二次成像组、探测器，所述前固定组包括两片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其表面类型均为球面；
所述变倍组依次包括一片凸面朝向物方的弯月形硫系正透镜、一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶正透镜，其表面类型均为球面；
所述补偿组依次包括一片凸面朝向物方的弯月形硒化锌正透镜，其朝向物方一侧的表面类型为球面、其朝向像方一侧的表面类型为非球面；以及一片双凸锗单晶正透镜，其朝向物方一侧的表面类型为非球面、其朝向像方一侧的表面类型为球面；
所述后固定组依次包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其朝向物方一侧的表面类型为非球面、其朝向像方一侧的表面类型为球面；以及一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其表面类型均为球面；
所述二次成像组依次包括一片凸面朝向像方的弯月形硅单晶正透镜，其朝向物方一侧的表面类型为球面、其朝向像面的一侧为非球面；一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其表面类型均为球面；
所述探测器为长波制冷探测器，依次包括保护窗口、冷光阑、成像面。
进一步地，所述变倍组的透镜的总移动行程为166.59mm。用于改变所述长波红外连续变焦镜头的焦距
进一步地，所述补偿组的透镜的总移动行程23.294mm。用于补偿所述长波红外连续变焦镜头变焦时发生的像面位置偏移
进一步地，所述镜头的有效焦距EFL为20～280mm，F数为2，镜头的光学***总长为427.63mm。
进一步地，所述探测器的分辨率640x512，像元大小25μm，具有100%的冷光阑效率。
进一步地，所述镜头的镜片中的非球面满足下列表达式：
z= 
其中，r为垂直光轴方向距离非球面定点的位置半径，z为非球面沿光轴方向在r的位置与非球面顶点的距离矢高，c表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，a2、a3、a4、a5、a6为高次非球面系数。
进一步地，所述镜头的全视场的平均MTF>0.296@20lp/mm。
本实用新型相比现有技术具有以下有益效果:
本实用新型提供的大变倍比长波制冷连续变焦镜头，为制冷型变焦镜头，针对目前长波红外连续变焦镜头难以满足高变倍比及结构简单化的需求而设计，变倍比达到14倍，最大视场角28.5°，***总长度为427.63mm，最大口径为140mm。
附图说明
图1是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头的组成示意图；
图2是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为280mm时的点阵图；
图3是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为280mm时的光学传递函数图（截止频率为20lp/mm）；
图4是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为280mm时的场曲畸变图；
图5是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为190mm时的点阵图；
图6是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为190mm时的光学传递函数图（截止频率为20lp/mm）；
图7是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为190mm时的场曲畸变图；
图8是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为105mm时的点阵图；
图9是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为105mm时的光学传递函数图（截止频率为20lp/mm）；
图10是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为105mm时的场曲畸变图；
图11是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为40mm时的点阵图；
图12是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为40mm时的光学传递函数图（截止频率为20lp/mm）；
图13是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为40mm时的场曲畸变图；
图14是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为20mm时的点阵图；
图15是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为20mm时的光学传递函数图（截止频率为20lp/mm）；
图16是实施例涉及的大变倍比长波制冷连续变焦镜头焦距为20mm时的场曲畸变图；
附图标记如下：
L1、L2-前固定组，L3、L4-变倍组，L5、L6-补偿组，L7、L8-后固定组，L9、L10-二次成像组，100-探测器保护窗口，101-冷光阑，102-成像面，S1～S20为各透镜的各个表面。
具体实施方式
下面根据附图，通过具体的实施例对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，本实施例的变焦镜头，包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度的前固定组、具有负光焦度的变倍组、具有正光焦度的补偿组、具有负光焦度的后固定组、具有正光焦度的二次成像组、探测器；
前固定组包括两片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜L1、L2，其表面S1、S2、S3、S4均为球面；
变倍组依次包括一片凸面朝向物方的弯月形硫系正透镜L3、一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶正透镜L4，其表面S5、S6、S7、S8均为球面；
补偿组依次包括一片凸面朝向物方的弯月形硒化锌正透镜L5，其朝向物方一侧的表面S9为球面、其朝向像方一侧的表面S10为非球面；以及一片双凸锗单晶正透镜L6，其朝向物方一侧的表面S11为非球面、其朝向像方一侧的表面S12为球面；
后固定组依次包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜L7，其朝向物方一侧的表面S13为非球面、其朝向像方一侧的表面S14为球面；以及一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜L8，其表面S15、S16均为球面；
二次成像组依次包括一片凸面朝向像方的弯月形硅单晶正透镜L9，其朝向物方的一侧表面S17为球面，其朝向像方一侧的表面S18为非球面；一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜L10，其表面S19、S20均为球面；
探测器为长波制冷探测器，依次包括保护窗口100、冷光阑101、成像面102，探测器的分辨率640x512，像元大小25μm。
在此，变倍组的透镜的总移动行程为166.59mm，用于改变所述长波红外连续变焦镜头的焦距。
在此，补偿组的透镜的总移动行程23.294mm，用于补偿所述长波红外连续变焦镜头变焦时发生的像面位置偏移。
在此，所述镜头的有效焦距EFL为20～280mm，F数为2，最大视场角达到28.5°，镜头的光学***总长为427.63mm，可通过变倍透镜组和所述补偿透镜组可轴向移动实现连续变焦，所有透镜在变焦过程中相对位置保持恒定。
以上镜片中的非球面满足下列表达式：
z=
其中，r为垂直光轴方向距离非球面定点的位置半径，z为非球面沿光轴方向在r的位置与非球面顶点的距离矢高，c表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，a2、a3、a4、a5、a6为高次非球面系数。
此外，所有镜头的全视场的平均MTF>0.296@20lp/mm。
表1示出了焦距分别为280mm、190mm、105mm、40mm和20mm时镜头的光学结构参数。
表1 镜头的光学结构参数
表2示出了表面S10、S11、S13、S18的非球面系数。
表2 S10、S11、S13、S18的非球面系数
图2~4为镜头在焦距为280mm时的像差分析图，图2为点阵图、图3为MTF图、图4为场曲畸变图。焦距为190mm、105mm、40mm、20mm时的结果分别如图5~7、8~10、11~13、14~16所示。
从图中可知，对于不同焦距的各种像差都得到了很好的校正，其中弥散斑接近甚至小于艾里斑大小，MTF和畸变效果良好。
可见，本实用新型的变焦镜头焦距为20mm~280mm，工作波段为10~11μm，F数=2，光学***总长427.63mm，最大口径为140mm，且可以配合640×512分辨率，像元大小25μm的长波红外制冷探测器使用。
由上述可知，本实用新型提供的大变倍比长波制冷连续变焦镜头具有较好的成像质量。
最后需要注意的是：上述实施例仅用于说明本实用新型专利，并非限制本实用新型专利所描述的技术方案。因此，虽然本说明书参照上述的实施例对本实用新型已进行了详细说明，但本领域的技术人员应当理解，仍可以对本实用新型进行修改；而一切不脱离本实用新型范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头，包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度的前固定组、具有负光焦度的变倍组、具有正光焦度的补偿组、具有负光焦度的后固定组、具有正光焦度的二次成像组、探测器，其特征在于，
所述前固定组包括两片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其表面类型均为球面；
所述变倍组依次包括一片凸面朝向物方的弯月形硫系正透镜、一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶正透镜，其表面类型均为球面；
所述补偿组依次包括一片凸面朝向物方的弯月形硒化锌正透镜，其朝向物方一侧的表面类型为球面、其朝向像方一侧的表面类型为非球面；以及一片双凸锗单晶正透镜，其朝向物方一侧的表面类型为非球面、其朝向像方一侧的表面类型为球面；
所述后固定组依次包括一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其朝向物方一侧的表面类型为非球面、其朝向像方一侧的表面类型为球面；以及一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其表面类型均为球面；
所述二次成像组依次包括一片凸面朝向像方的弯月形硅单晶正透镜，其朝向物方一侧的表面类型为球面、其朝向像面的一侧为非球面；一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，其表面类型均为球面；
所述探测器为长波制冷探测器，依次包括保护窗口、冷光阑、成像面。
2.如权利要求1所述的一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头，其特征在于，所述变倍组的透镜的总移动行程为166.59mm。
3.如权利要求1所述的一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头，其特征在于，所述补偿组的透镜的总移动行程23.294mm。
4.如权利要求1所述的一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头，其特征在于，所述镜头的有效焦距EFL为20～280mm，F数为2，镜头的光学***总长为427.63mm。
5.如权利要求1所述的一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头，其特征在于，所述探测器的分辨率640x512，像元大小25μm。
6.如权利要求1所述的一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头，其特征在于，所述镜头的镜片中的非球面满足下列表达式：
z=
其中，r为垂直光轴方向距离非球面定点的位置半径，z为非球面沿光轴方向在r的位置与非球面顶点的距离矢高，c表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，a2、a3、a4、a5、a6为高次非球面系数。
7.如权利要求1所述的一种大变倍比长波制冷连续变焦镜头，其特征在于，所述镜头的全视场的平均MTF>0.296@20lp/mm。
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