一種紅外連續(xù)變焦鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種紅外連續(xù)變焦鏡頭的技術(shù)方案，包括設(shè)置在光軸上的多組鏡頭，其特征是：所述的多組鏡頭包括可以沿光軸移動(dòng)的補(bǔ)償透鏡、變焦透鏡、后調(diào)焦透鏡和位置固定的前固定透鏡，從物方到像方依次為前固定透鏡、變焦透鏡、補(bǔ)償透鏡、后調(diào)焦透鏡，前固定透鏡的屈光度為正，變焦透鏡的屈光度為負(fù)，補(bǔ)償透鏡的屈光度為正，后調(diào)焦透鏡的屈光度為正。方案的變焦鏡頭緊湊、透過率高，僅用四片鏡片能夠?qū)崿F(xiàn)4倍甚至更大的變倍比，并且在變焦過程中F數(shù)始終固定為1，相對孔徑大；只有一面非球面，所以極大地降低了鏡頭的成本，補(bǔ)償透鏡、變焦透鏡、后調(diào)焦透鏡均可以移動(dòng)，便于調(diào)節(jié)。
【專利說明】一種紅外連續(xù)變焦鏡頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種長波紅外鏡頭，尤其是一種用于非制冷焦平面探測器的長波紅外連續(xù)變焦鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著非制冷紅外焦平面探測器制造技術(shù)的日益成熟，非制冷紅外熱像儀以其低廉的成本、便捷的操作以及良好的性能逐漸得到了民用市場的青睞。然而紅外定焦鏡頭由于視場單一，無法兼顧大范圍目標(biāo)搜索以及長焦觀察目標(biāo)細(xì)節(jié)，應(yīng)用范圍受到限制，所以變焦鏡頭的應(yīng)用日益廣泛。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)公開的長波紅外變焦鏡頭使用鏡片數(shù)量一般都為5-6片，甚至更多，并且鏡頭F數(shù)偏大。而專利號為201010291525.7的一種長波紅外連續(xù)變焦鏡頭使用了四片鏡片實(shí)現(xiàn)了 4倍變焦。但是其使用非球面數(shù)量達(dá)到了 7個(gè)表面，導(dǎo)致成本過高，并且變焦不是使用相鄰兩組鏡片移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，而且沒有使用調(diào)焦鏡頭進(jìn)行調(diào)焦，裝調(diào)不方便等問題。專利號為201120278048.0的一種非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭使用了四片鏡片實(shí)現(xiàn)了 4倍變焦。但是采用了衍射面及多個(gè)非球面，成本較高。F數(shù)為1.2，相對孔徑小。這是現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種紅外連續(xù)變焦鏡頭技術(shù)方案，該方案的變焦鏡頭緊湊、透過率高，僅用四片鏡片能夠?qū)崿F(xiàn)4倍甚至更大的變倍t匕，并且在變焦過程中F數(shù)始終固定為1，相對孔徑大；只有一面非球面，所以極大地降低了鏡頭的成本，補(bǔ)償透鏡、變焦透鏡、后調(diào)焦透鏡均可以移動(dòng)，便于調(diào)節(jié)。
[0005]本方案是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的:一種紅外連續(xù)變焦鏡頭，包括設(shè)置在光軸上的多組鏡頭，本方案的特點(diǎn)是:所述的多組鏡頭包括可以沿光軸移動(dòng)的補(bǔ)償透鏡、變焦透鏡、后調(diào)焦透鏡和位置固定的前固定透鏡，從物方到像方依次為前固定透鏡、變焦透鏡、補(bǔ)償透鏡、后調(diào)焦透鏡，前固定透鏡的屈光度為正，變焦透鏡的屈光度為負(fù)，補(bǔ)償透鏡的屈光度為正，后調(diào)焦透鏡的屈光度為正。
[0006]所述的前固定透鏡為凸面朝向物方的彎月形透鏡，變焦透鏡為雙面是凹面的透鏡，補(bǔ)償透鏡為雙面為凸面的透鏡，后調(diào)焦透鏡是凸面朝向物方的彎月形透鏡。
[0007]所述前固定組透鏡的直徑與最長焦距滿足D1AtM.0，其中，D1表示前固定組透鏡的直徑，ft表示所述變焦鏡頭處于望遠(yuǎn)狀態(tài)時(shí)的焦距。
[0008]所述的前固定透鏡、變焦透鏡、后調(diào)透鏡的焦距滿足如下條件 fi/f^0.75，
-1.0<f2/ft<-0.1，
0.3<f4/ft<l.0,
其中，f!表示前固定透鏡的焦距，f2表示變焦透鏡的焦距，f4表示后調(diào)焦透鏡的焦距，ft表示所述變焦鏡頭處于望遠(yuǎn)狀態(tài)時(shí)的焦距。
[0009]所述的補(bǔ)償透鏡、變焦透鏡、后調(diào)焦透鏡、前固定透鏡均為鍺鏡頭。
[0010]所述四個(gè)鏡片中只有一個(gè)非球面。
[0011]補(bǔ)償透鏡朝向物方的表面為偶次非球面。
[0012]前固定透鏡的朝向物方的表面有硬碳膜，前固定透鏡的另一表面有紅外增透膜，變焦透鏡、補(bǔ)償透鏡、后調(diào)焦透鏡的表面均有紅外增透膜。
[0013]在變焦透鏡和補(bǔ)償透鏡之間設(shè)置有可以沿光軸移動(dòng)的光闌。
[0014]本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于在該方案中補(bǔ)償透鏡、變焦透鏡、后調(diào)焦透鏡均可以移動(dòng)，便于調(diào)節(jié)，利于成像；采用四個(gè)鏡片實(shí)現(xiàn)了 4倍變焦，全部采用鍺材料鏡片，僅使用一面非球面，使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得更為緊湊，降低加工成本，并且使得系統(tǒng)的裝配變得更為簡單。此外，本發(fā)明在鏡頭變焦過程中F數(shù)固定為1，相對孔徑較大，成像對比度高；在變焦透鏡和補(bǔ)償透鏡之間設(shè)置有可以沿光軸移動(dòng)的光闌，并且光闌口徑固定，易于加工，使用時(shí)可以濾除干擾雜光。由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的透鏡截面圖；
圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的紅外連續(xù)變焦鏡頭在廣角狀態(tài)、中焦?fàn)顟B(tài)及望遠(yuǎn)狀態(tài)時(shí)的變焦過程示意圖；
圖3是本發(fā)明焦距等于20mm時(shí)的調(diào)制傳遞函數(shù)圖；
圖4是本發(fā)明焦距等于40mm時(shí)的調(diào)制傳遞函數(shù)圖；
圖5是本發(fā)明焦距等于80mm時(shí)的調(diào)制傳遞函數(shù)圖；
圖6是本發(fā)明焦距等于20mm時(shí)的縱向像差、場曲與畸變圖；
圖7是本發(fā)明焦距等于40mm時(shí)的縱向像差、場曲與畸變圖；
圖8是本發(fā)明焦距等于80mm時(shí)的縱向像差、場曲與畸變圖；
圖中，101為前固定組透鏡,201為變焦透鏡,301為補(bǔ)償透鏡,401為后調(diào)焦透鏡,501為光闌。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為能清楚說明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過一個(gè)【具體實(shí)施方式】，并結(jié)合附圖，對本方案進(jìn)行闡述。
[0017]通過圖1、圖2可以看出，本方案的紅外連續(xù)變焦鏡頭，包括設(shè)置在光軸上的多組鏡頭，所述的多組鏡頭包括可以沿光軸移動(dòng)的補(bǔ)償透鏡301、變焦透鏡201、后調(diào)焦透鏡401和位置固定的前固定透鏡101，從物方到像方依次為前固定透鏡101、變焦透鏡201、補(bǔ)償透鏡301、后調(diào)焦透鏡401，前固定透鏡101的屈光度為正，變焦透鏡201的屈光度為負(fù)，補(bǔ)償透鏡301的屈光度為正，后調(diào)焦透鏡401的屈光度為正。
[0018]所述的補(bǔ)償透鏡301、變焦透鏡201、后調(diào)焦透鏡401、前固定透鏡101均為鍺鏡頭，所述四個(gè)鏡片中只有補(bǔ)償透鏡301朝向物方的表面為偶次非球面，使得鏡頭的加工成本低
廉
MTv ο[0019]所述的前固定透鏡101為凸面朝向物方的彎月形透鏡，且前固定透鏡101的位置固定，即前固定透鏡101相對物方是固定不變的；前固定透鏡101的朝向物方的表面有硬碳膜，可以防止透鏡收到灰塵、雨水以及人為刮擦。
[0020]變焦透鏡201為雙面是凹面的透鏡，補(bǔ)償透鏡301為雙面為凸面的透鏡，并且變焦透鏡201、后調(diào)焦透鏡401可以沿光軸移動(dòng)，變焦透鏡201用于改變鏡頭焦距，補(bǔ)償透鏡301提供成像補(bǔ)償，使系統(tǒng)焦距在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變時(shí)，像面穩(wěn)定并能保持良好的像質(zhì)。在從廣角狀態(tài)向望遠(yuǎn)狀態(tài)變焦的過程中，變焦透鏡201背離前固定透鏡101做單向運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)償透鏡301先背離前固定透鏡101，而后朝向前固定透鏡101運(yùn)動(dòng)，這個(gè)調(diào)整過程使得鏡頭組在極短的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了 4倍甚至更大變倍比的光學(xué)變焦。
[0021]后調(diào)焦透鏡401是凸面朝向物方的彎月形透鏡，后調(diào)焦透鏡401可以沿光軸進(jìn)行移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鏡頭對遠(yuǎn)近目標(biāo)的聚焦，同時(shí)，由于鍺材料的折射率溫度變化系數(shù)比較大，像面隨溫度漂移比較明顯，要在大的溫度范圍內(nèi)保證系統(tǒng)正常工作就必須消除溫度對光學(xué)系統(tǒng)的影響，后調(diào)焦透鏡401的前后移動(dòng)，可以補(bǔ)償像面隨溫度的漂移。
[0022]前固定透鏡101的朝向像方的側(cè)面有紅外增透膜，變焦透鏡、補(bǔ)償透鏡、后調(diào)焦透鏡的表面均有紅外增透膜，使得鏡頭的透過率較高。在變焦透鏡和補(bǔ)償透鏡之間設(shè)置有可以沿光軸移動(dòng)的光闌，同時(shí)跟隨變倍過程進(jìn)行移動(dòng)。光闌口徑固定，易于設(shè)計(jì)與加工，可以濾除干擾雜光。
[0023]所述前固定組透鏡的直徑與最長焦距滿足D1AtM.0，其中，D1表示前固定組透鏡的直徑，&表示所述變焦鏡頭處于望遠(yuǎn)狀態(tài)時(shí)的焦距。鏡頭的F數(shù)始終固定為1，相對孔徑大，靈敏度高，同時(shí)避免了變焦過程中系統(tǒng)的靈敏度變化問題。
[0024]所述的前固定透鏡、變焦透鏡、后調(diào)透鏡的焦距滿足如下條件 fi/f^0.75，
-1.0<f2/ft<-0.1，
0.3<f4/ft<l.0,
其中，f!表示前固定透鏡的焦距，f2表示變焦透鏡的焦距，f4表示后調(diào)焦透鏡的焦距，ft表示所述變焦鏡頭處于望遠(yuǎn)狀態(tài)時(shí)的焦距。
[0025]在本實(shí)施例中，優(yōu)選第三透鏡靠近物面的表面選用非球面。非球面透鏡的特點(diǎn)是:從透鏡中心到周邊曲率是連續(xù)變化的。與從透鏡中心到周邊有一定曲率的球面透鏡不同，非球面透鏡具有更佳的曲率半徑特性，具有改善球差等像差的優(yōu)點(diǎn)，能夠使得視野變得更大而真實(shí)。采用非球面透鏡后，能夠盡可能地消除在成像的時(shí)候出現(xiàn)的像差，從而改善成像質(zhì)量。
[0026]通常非球面形表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種紅外連續(xù)變焦鏡頭，包括設(shè)置在光軸上的多組鏡頭，其特征是:所述的多組鏡頭包括可以沿光軸移動(dòng)的補(bǔ)償透鏡、變焦透鏡、后調(diào)焦透鏡和位置固定的前固定透鏡，從物方到像方依次為前固定透鏡、變焦透鏡、補(bǔ)償透鏡、后調(diào)焦透鏡，前固定透鏡的屈光度為正，變焦透鏡的屈光度為負(fù)，補(bǔ)償透鏡的屈光度為正，后調(diào)焦透鏡的屈光度為正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征是:所述的前固定透鏡為凸面朝向物方的彎月形透鏡，變焦透鏡為雙面是凹面的透鏡，補(bǔ)償透鏡為雙面為凸面的透鏡，后調(diào)焦透鏡是凸面朝向物方的彎月形透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征是:所述前固定組透鏡的直徑與最長焦距滿足D1AtM.0， 其中，D1表示前固定組透鏡的直徑，ft表示所述變焦鏡頭處于望遠(yuǎn)狀態(tài)時(shí)的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征是:所述的前固定透鏡、變焦透鏡、后調(diào)透鏡的焦距滿足如下條件
fi/f^0.75，
-1.0<f2/ft<-0.1，
0.3<f4/ft<l.0, 其中，f!表示前固定透鏡的焦距，f2表示變焦透鏡的焦距，f4表示后調(diào)焦透鏡的焦距，ft表示所述變焦鏡頭處于 望遠(yuǎn)狀態(tài)時(shí)的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征是:所述的補(bǔ)償透鏡、變焦透鏡、后調(diào)焦透鏡、前固定透鏡均為鍺鏡頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征是:所述四個(gè)鏡片中只有一個(gè)非球面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征是:補(bǔ)償透鏡朝向物方的表面為偶次非球面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征是:前固定透鏡的朝向物方的表面有硬碳膜，前固定透鏡的另一表面有紅外增透膜，變焦透鏡、補(bǔ)償透鏡、后調(diào)焦透鏡的表面均有紅外增透膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征是:在變焦透鏡和補(bǔ)償透鏡之間設(shè)置有可以沿光軸移動(dòng)的光闌。
【文檔編號】G02B15/20GK103901592SQ201410175883
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】韓凜, 張琪步 申請人:濟(jì)南和普威視光電技術(shù)有限公司