本發(fā)明涉及一種非制冷熱成像鏡頭，尤其涉及一種長焦切換式雙視場熱成像鏡頭。

背景技術(shù)：

非制冷熱成像攝像機由于低廉的成本并且受天氣影響較小，其穿透霧霾能力較強，已經(jīng)在軍民等各領(lǐng)域廣泛使用。隨著作用距離要求不斷增加，長焦鏡頭也已經(jīng)被各領(lǐng)域重視，成為非制冷熱成像發(fā)展趨勢。然而，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)細節(jié)，應(yīng)用范圍受到限制，同時凸顯出了雙視場鏡頭的重要作用。

現(xiàn)有技術(shù)公開的非制冷雙視場熱成像鏡頭通常為軸向移動透鏡來實現(xiàn)視場切換，并且長焦端焦距一般較短。專利號為201210339814.9的變光欄紅外雙視場光學(xué)鏡頭發(fā)明專利中，兩鏡片組成的鏡片組沿光軸移動實現(xiàn)視場切換，且最長焦距為180mm。專利號為201420073363.3的一種小尺寸非制冷雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)發(fā)明專利中，采用單鏡片沿光軸移動實現(xiàn)視場切換，最長焦距為120mm。相對于鏡片切換式雙視場鏡頭，軸上移動方式視場切換時間長，軸上穩(wěn)定性差，容易造成光軸偏差以及目標(biāo)丟失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述不足，本發(fā)明提供了一種切換式非制冷雙視場熱成像鏡頭，該鏡頭具有視場切換時間短、焦距長等技術(shù)優(yōu)點。所有鏡片均采用鍺材料，鏡頭使用一個高次非球面表面與一個二元衍射表面，通過切換變倍組切入與切出實現(xiàn)了視場切換，減少了視場切換時間，保證了目標(biāo)跟蹤的實時性。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種非制冷雙視場熱成像鏡頭，熱成像鏡頭由五片透鏡組成，從物側(cè)到像側(cè)依次為第一透鏡、第 二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡；五片透鏡按照功能分為前固定組，切換變倍組，后固定組和聚焦組；前固定組為第一透鏡，切換變倍組由第二透鏡和第三透鏡組成，后固定組為第四透鏡，聚焦組為第五透鏡。

五片透鏡都為鍺材料透鏡。

所述第一透鏡為彎月透鏡，透鏡中心固定在光軸所在直線上并且不能移動；

所述第二透鏡為雙凹透鏡，第三透鏡為雙凸透鏡，切換變倍組垂直于光軸切入切出實現(xiàn)視場切換功能；

所述第四透鏡為負彎月透鏡，透鏡中心固定在光軸所在直線上并且不能移動；

所述第五透鏡為雙凸透鏡，沿光軸移動實現(xiàn)對遠近目標(biāo)聚焦功能。

所述的第一透鏡為一片凸面向物側(cè)的正彎月透鏡；所述的第二透鏡為雙凹負透鏡，第三透鏡為雙凸正透鏡；所述的第四透鏡為一片凸面向物側(cè)的負彎月形透鏡；所述的第五透鏡為雙凸正透鏡。

所述第一透鏡的直徑與最長焦距滿足如下條件：

1.0<D₁/f_t<1.2，

f_t>250mm，

其中，D₁表示第一透鏡的直徑，f_t表示所述變焦鏡頭處于長焦?fàn)顟B(tài)時的焦距。

所述前固定組、切換變倍組與后固定組的焦距滿足如下條件：

f₁/f_t>1.4，

0<f₂/f_t<0.4，

-1.2<f₃/f_t<-0.8，

其中，f₁表示前固定組的焦距，f₂表示切換變倍組的焦距，f₃表 示后固定組的焦距，f_t表示所述變焦鏡頭處于長焦?fàn)顟B(tài)時的焦距。

所述鏡頭切換變倍組切入時為短焦?fàn)顟B(tài)，切出時為長焦?fàn)顟B(tài)。

所述切換變倍組與后固定組中至少各選擇一個表面為非球面，同時至少在其中一個非球面表面上加工二元衍射面。

在后固定組朝物側(cè)表面設(shè)置孔徑光闌。

第一透鏡朝向物側(cè)的表面涂鍍硬碳膜。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢和有益效果：本發(fā)明通過上第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡的選取和排列，實現(xiàn)了長焦非制冷熱成像的視場切換，縮短了兩個視場切換時間，保證了目標(biāo)跟蹤的實時性。同時長焦端焦距達到了250mm以上，使得非制冷熱成像攝像機作用距離更遠，進一步拓展了雙視場鏡頭的作用距離。本發(fā)明的鏡頭全部采用鍺材料透鏡，未使用成本較高的材料，保證了系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的鏡頭截面圖；

圖2是本發(fā)明焦距處于短焦時的調(diào)制傳遞函數(shù)圖；

圖3是本發(fā)明焦距處于長焦時的調(diào)制傳遞函數(shù)圖。

圖中，1-前固定組，2-切換變倍組，3-后固定組，4-聚焦組，5-光軸，11-第一透鏡，21-第二透鏡，22-第三透鏡，31-第四透鏡，41-第五透鏡，S5-第三透鏡前表面，S7-第四透鏡前表面。

具體實施方式

為能清楚說明本方案的技術(shù)特點，下面通過具體實施方式，對本方案進行闡述。

實施例1

如說明書附圖圖1所示，本發(fā)明提供了一種非制冷雙視場熱成像鏡頭，從物側(cè)到像側(cè)依次為依次包含四組透鏡，分別為前固定組1， 切換變倍組2，后固定組3，聚焦組4。

前固定組包含一片凸面朝向物側(cè)的正彎月透鏡即第一透鏡11，正彎月透鏡透鏡中心固定在光軸5所在直線上并且不能移動。由于經(jīng)常會裸露在空氣中使用，為防止第一透鏡11受到灰塵、雨水以及人為刮擦，第一透鏡11前表面涂鍍硬碳膜。

切換變倍組2依次包含一片雙凹透鏡即第二透鏡21和一片雙凸透鏡即第三透鏡22。鏡頭通過切換變倍組2的切入與切出進行視場切換。當(dāng)切換變倍組2切入時鏡頭處于短焦?fàn)顟B(tài)，切換變倍組2切出時鏡頭處于長焦?fàn)顟B(tài)。通過此種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)兩個視場的快速切換，來保證跟蹤的實時性。

后固定組3包含一片凸面朝向物側(cè)的負彎月透鏡即第四透鏡31，負彎月透鏡31透鏡中心固定在光軸5所在直線上并且不能移動。

聚焦組4包含一片雙凸透鏡即第五透鏡41。聚焦組4透鏡可以沿光軸5進行軸向移動，可以實現(xiàn)鏡頭對遠近目標(biāo)的聚焦。聚焦組4透鏡的移動可以用電機控制，具有功耗低，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。

在本實施例中，切換式非制冷雙視場熱成像鏡頭的光闌設(shè)置在第四透鏡31朝物側(cè)表面以濾除干擾雜光。

在本實施例中，所有透鏡使用材料均為鍺材料，僅使用五片鏡片，除第一透鏡11靠近物側(cè)表面外其余表面均涂鍍紅外增透膜，使得鏡頭的加工成本低廉，鏡頭透過率較高。

在本實施例中，雙視場鏡頭第一透鏡11的直徑與最長焦距滿足如下條件：

1.0<D₁/f_t<1.2，

f_t>250mm

其中，D₁表示第一透鏡11的直徑，f_t表示所述變焦鏡頭處于長焦?fàn)顟B(tài)時的焦距。

前固定組2、切換變倍組2與后固定組3的焦距滿足如下條件：

f₁/f_t>1.4，

0<f₂/f_t<0.4，

-1.2<f₃/f_t<-0.8，

其中，f₁表示前固定組1的焦距，f₂表示切換變倍組2的焦距，f₃表示后固定組3的焦距，f_t表示所述變焦鏡頭處于長焦?fàn)顟B(tài)時的焦距。

在本實施例中，第三透鏡前表面S5以及第四透鏡前表面S7選用非球面。同時在第四透鏡前表面S7上疊加二元衍射面。非球面透鏡具有改善球差等像差的優(yōu)點，能夠使得視野變得更大而真實。采用非球面透鏡后，能夠盡可能地消除在成像的時候出現(xiàn)的像差，從而改善成像質(zhì)量。

通常非球面形表達公式為：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\&alpha;}}_4{r}^4+{\mathrm{\&alpha;}}_6{r}^6+{\mathrm{\&alpha;}}_8{r}^8+\mathrm{...}$

z代表光軸5方向的位置，r代表相對光軸5的垂直方向上的高度，c代表曲率半徑，k代表圓錐系數(shù)，α₄、α₆、α₈…代表非球面系數(shù)。

二元衍射面的應(yīng)用可以校正鏡頭的色差，取得良好的成像效果。二元衍射面的表達公式為：

c＝M(C₁R²+C₂R⁴)

M＝1為衍射級次，C₁、C₂為衍射系數(shù)。

下面參照下面的表格對本發(fā)明進行更為詳細的描述。

本方案中的鏡頭的工作波段為8-12μm，短焦焦距為70mm，長焦焦距為270mm。

其中，表1為本實施例的光學(xué)元件參數(shù)表，表2為非球面數(shù)據(jù)，表3為衍射面系數(shù)。

表1：光學(xué)元件參數(shù)表

表2：非球面數(shù)據(jù)

表3：衍射面系數(shù)

說明書附圖圖2和圖3為本發(fā)明具體實施方式短焦和長焦?fàn)顟B(tài)時調(diào)制傳遞函數(shù)MTF圖，且其橫軸為每毫米的線對數(shù)(line pair per millimeter)，縱軸為對比度數(shù)值。從圖中可以看出，在20lp/mm時， 無論短焦還是長焦的傳遞函數(shù)都達到了50％以上，可得到較高品質(zhì)的圖像，本發(fā)明非制冷雙視場熱成像鏡頭具有較好的光學(xué)效果。

從上述的數(shù)據(jù)可以看出本發(fā)明采用鏡片切換方式實現(xiàn)了長焦非制冷熱成像的視場切換，并能夠獲得清晰的圖像。僅使用五片透鏡，并且全部采用鍺材料，沒有昂貴材料的使用，降低了鏡頭的成本。切換式雙視場鏡頭，使得視場切換時間比軸上移動方式更短，更加有利于目標(biāo)的跟蹤。鏡頭最長焦達到250mm以上，使得非制冷熱成像攝像機擁有更遠的作用距離。

當(dāng)然，上述表格中的具體參數(shù)僅僅是例示性的，各透鏡的參數(shù)不限于由上述各數(shù)值實施例所示出的值，可以采用其他的值，都可以達到類似的技術(shù)效果。同時，上述說明并非是對發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。