一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头

摘要

本发明提出一种超短无衍射面20倍中波连续变焦光学镜头，沿光路走向依次具有物镜组、单透镜变倍组、单透镜补偿组、固定镜组和调焦镜组；第一光学面到最后一光学面的轴向空间长度为110mm；沿光轴改变单透镜变倍组和单透镜补偿组的位置，能够实现20倍连续变焦。本发明通过采用非球面、材料优化、合理分配焦距，压缩镜头长度，结构紧凑，第一光学面至最后一光学面轴上长度仅为110mm，在20倍变焦过程中像质保持良好。而且光学系统未使用衍射面，提高了系统的能量透过率和系统温差灵敏度，且降低了加工难度和成本，装调简洁、易于量产。

权利要求

1.一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，其特征在于：沿光路走向依次具有物镜组(1)、单透镜变倍组(2)、单透镜补偿组(3)、固定镜组(4)和调焦镜组(5)；第一光学面到最后一光学面的轴向空间长度为110mm；沿光轴改变单透镜变倍组(2)和单透镜补偿组(3)的位置，能够实现20倍连续变焦；

所述物镜组(1)包括依次排列的第一物镜(1‑1)和第二物镜(1‑2)，固定镜组(4)包括依次排列的第一固定镜(4‑1)和第二固定镜(4‑2)，调焦镜组(5)包括依次排列的第一调焦镜(5‑1)和第二调焦镜(5‑2)；

第一物镜(1‑1)的入射面和出射面均为球面，入射面半径为98.1mm，出射面半径为

411.7mm，厚度为8.8mm；第一物镜(1‑1)材料为单晶硅；第一物镜(1‑1)出射面与第二物镜(1‑2)入射面距离为3.7mm；

第二物镜(1‑2)的入射面和出射面均为球面，入射面半径为807.9mm，出射面半径为

231.9mm，厚度为4mm；第二物镜(1‑2)材料为单晶锗；第二物镜(1‑2)出射面与单透镜变倍组(2)入射面的距离范围为9.5mm～56.9mm；

单透镜变倍组(2)的入射面为球面，半径为‑63.7mm，出射面为非球面，半径为

49.094mm，厚度为2mm；单透镜变倍组(2)材料为单晶硅；单透镜变倍组(2)出射面与单透镜补偿组(3)入射面的距离范围为2mm～51.3mm；

单透镜补偿组(3)的入射面为非球面，半径为36.2095mm，出射面为球面，半径为‑

80.4mm，厚度为3.2mm；单透镜补偿组(3)材料为单晶硅；单透镜补偿组(3)出射面与第一固定镜(4‑1)入射面的距离范围为2mm～3.9mm；

第一固定镜(4‑1)的入射面为非球面，半径为‑24.935mm，出射面为球面，半径为‑

42.87mm，厚度为2mm；第一固定镜(4‑1)材料为单晶锗；第一固定镜(4‑1)出射面与第二固定镜(4‑2)入射面的距离为0.1mm；

第二固定镜(4‑2)的入射面和出射面均为球面，入射面半径为8.345mm，出射面半径为

5.073mm，厚度为4.6mm；第二固定镜(4‑2)材料为单晶硅；第二固定镜(4‑2)出射面与第一调焦镜(5‑1)入射面的距离为11.2mm；

第一调焦镜(5‑1)的入射面和出射面均为球面，入射面半径为13.4mm，出射面半径为

14.02mm，厚度为3.95mm；第一调焦镜(5‑1)材料为氟化钙；第一调焦镜(5‑1)出射面与第二调焦镜(5‑2)入射面的距离为0.7mm；

第二调焦镜(5‑2)的入射面为非球面，半径为14.3076mm，出射面为球面，半径为‑

891.2mm，厚度为2.6mm；第二调焦镜(5‑2)材料为单晶硅。

2.根据权利要求1所述一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，其特征在于：当物镜组(1)与单透镜变倍组(2)间隔为56.9mm，单透镜变倍组(2)和单透镜补偿组(3)间隔为2mm，单透镜补偿组(3)和固定镜组(4)间隔为3.9mm时，构成焦距为300mm的最窄视场光路。

3.根据权利要求1所述一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，其特征在于：当物镜组(1)与单透镜变倍组(2)间隔为9.5mm，单透镜变倍组(2)和单透镜补偿组(3)间隔为

51.3mm，单透镜补偿组(3)和固定镜组(4)间隔为2mm时，构成焦距为15m的最宽视场光路。

4.根据权利要求1所述一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，其特征在于：在调焦镜组(5)之后设有探测器(6)构成超短无衍射面20倍中波连续变焦光学装置。

5.根据权利要求4所述一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，其特征在于：所述探测器(6)的F数为4，所述探测器(6)为像素数320×240、像素大小30μm的中波红外焦平面探测器或像素数640×480、像素大小15μm的中波红外焦平面探测器；其适用波长：3μm～5μm。

说明书

一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头

技术领域

[0001] 本发明涉及一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，属于光学技术领域。

背景技术

[0002] 红外连续变焦热像仪是一种焦距可连续变化、而像面位置保持稳定并且在变焦过程中像质保持良好的成像系统。定焦红外热像仪在像面上欲得到不同大小的像，必须改变
目标物体与镜头之间的距离或更换不同焦距的镜头。而红外连续变焦热像仪可以连续改变
系统焦距，因此，可以在像面上得到连续改变大小的目标像，对于光电探测及侦察、跟踪等
都非常有利。

[0003] 通常的红外连续变焦镜头，整体光路较长，通常需要采用反射镜对光路进行折叠以满足系统的体积尺寸要求，超短连续变焦光学系统可以满足大多数中小型无人机的探测
使用需求，其在远距离目标探测、边防巡逻、重点区域监控、人员搜救等众多军用、民用领域
有着广泛的应用需求。另外国内连续变焦光学系统大多使用衍射面校正色差，衍射面的使
用会降低镜头能量透过率，降低系统温差灵敏度，并且增加镜头加工难度和成本，因此研发
一种无衍射面的超短连续变焦光学系统有很大的需求。

发明内容

[0004] 本发明提供一种超短无衍射面20倍中波连续变焦光学镜头，镜头光学系统未使用衍射面，通过采用非球面、材料优化、合理分配焦距，使该连续变焦光学系统第一光学面到
最后一光学面的轴向空间长度仅为110mm，实现了20倍光学连续变焦。

[0005] 本发明的技术方案为：

[0006] 所述一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，其特征在于：沿光路走向依次具有物镜组(1)、单透镜变倍组(2)、单透镜补偿组(3)、固定镜组(4)和调焦镜组(5)；第一光学
面到最后一光学面的轴向空间长度为110mm；沿光轴改变单透镜变倍组(2)和单透镜补偿组
(3)的位置，能够实现20倍连续变焦。

[0007] 进一步的优选方案，所述一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，其特征在于：当物镜组(1)与单透镜变倍组(2)间隔为56.9mm，单透镜变倍组(2)和单透镜补偿组(3)间隔
为2mm，单透镜补偿组(3)和固定镜组(4)间隔为3.9mm时，构成焦距为300mm的最窄视场光
路。

[0008] 进一步的优选方案，所述一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，其特征在于：当物镜组(1)与单透镜变倍组(2)间隔为9.5mm，单透镜变倍组(2)和单透镜补偿组(3)间隔
为51.3mm，单透镜补偿组(3)和固定镜组(4)间隔为2mm时，构成焦距为15m的最宽视场光路。

[0009] 进一步的优选方案，所述一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，其特征在于：在调焦镜组(5)之后设有探测器(6)构成超短无衍射面20倍中波连续变焦光学装置。

[0010] 进一步的优选方案，所述一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，其特征在于：所述探测器(6)的F数为4，所述探测器(6)为像素数320×240、像素大小30μm的中波红外焦
平面探测器或像素数640×480、像素大小15μm的中波红外焦平面探测器；其适用波长：3μm
～5μm。

[0011] 进一步的优选方案，所述一种超短无衍射面20倍中波连续变焦镜头，其特征在于：所述物镜组(1)包括依次排列的第一物镜(1‑1)和第二物镜(1‑2)，固定镜组(4)包括依次排
列的第一固定镜(4‑1)和第二固定镜(4‑2)，调焦镜组(5)包括依次排列的第一调焦镜(5‑1)
和第二调焦镜(5‑2)；

[0012] 第一物镜(1‑1)的入射面和出射面均为球面，入射面半径为98.1mm，出射面半径为411.7mm，厚度为8.8mm；第一物镜(1‑1)材料为单晶硅；第一物镜(1‑1)出射面与第二物镜
(1‑2)入射面距离为3.7mm；

[0013] 第二物镜(1‑2)的入射面和出射面均为球面，入射面半径为807.9mm，出射面半径为231.9mm，厚度为4mm；第二物镜(1‑2)材料为单晶锗；第二物镜(1‑2)出射面与单透镜变倍
组(2)入射面的距离范围为9.5mm～56.9mm；

[0014] 单透镜变倍组(2)的入射面为球面，半径为‑63.7mm，出射面为非球面，半径为49.094mm，厚度为2mm；单透镜变倍组(2)材料为单晶硅；单透镜变倍组(2)出射面与单透镜
补偿组(3)入射面的距离范围为2mm～51.3mm；

[0015] 单透镜补偿组(3)的入射面为非球面，半径为36.2095mm，出射面为球面，半径为‑80.4mm，厚度为3.2mm；单透镜补偿组(3)材料为单晶硅；单透镜补偿组(3)出射面与第一固
定镜(4‑1)入射面的距离范围为2mm～3.9mm；

[0016] 第一固定镜(4‑1)的入射面为非球面，半径为‑24.935mm，出射面为球面，半径为‑42.87mm，厚度为2mm；第一固定镜(4‑1)材料为单晶锗；第一固定镜(4‑1)出射面与第二固定
镜(4‑2)入射面的距离为0.1mm；

[0017] 第二固定镜(4‑2)的入射面和出射面均为球面，入射面半径为8.345mm，出射面半径为5.073mm，厚度为4.6mm；第二固定镜(4‑2)材料为单晶硅；第二固定镜(4‑2)出射面与第
一调焦镜(5‑1)入射面的距离为11.2mm；

[0018] 第一调焦镜(5‑1)的入射面和出射面均为球面，入射面半径为13.4mm，出射面半径为14.02mm，厚度为3.95mm；第一调焦镜(5‑1)材料为氟化钙；第一调焦镜(5‑1)出射面与第
二调焦镜(5‑2)入射面的距离为0.7mm；

[0019] 第二调焦镜(5‑2)的入射面为非球面，半径为14.3076mm，出射面为球面，半径为‑891.2mm，厚度为2.6mm；第二调焦镜(5‑2)材料为单晶硅。

[0020] 有益效果

[0021] 本发明的优点是：

[0022] 1.小型化

[0023] 本发明通过采用非球面、材料优化、合理分配焦距，压缩镜头长度，结构紧凑，第一光学面至最后一光学面轴上长度仅为110mm，在20倍变焦过程中像质保持良好。

[0024] 2.能量透过率高，加工成本低

[0025] 光学系统未使用衍射面，提高了系统的能量透过率和系统温差灵敏度，且降低了加工难度和成本，装调简洁、易于量产。

[0026] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0027] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0028] 图1为本发明最窄视场光路示意图；

[0029] 图2为本发明中间视场光路示意图a；

[0030] 图3为本发明中间视场光路示意图b；

[0031] 图4为本发明中间视场光路示意图c；

[0032] 图5为本发明最宽视场光路示意图。

具体实施方式

[0033] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0034] 本实施例提供一种超短无衍射面20倍中波连续变焦光学镜头，沿光路走向依次具有物镜组1、单透镜变倍组2、单透镜补偿组3、固定镜组4和调焦镜组5；采用单透镜变倍组和
单透镜补偿组联动，实现大变倍比，通过采用非球面和材料优化，降低高级像差和色差并压
缩轴向空间，在全视场和全孔径内获得满意的像质，第一光学面到最后一光学面的轴向空
间长度为110mm。

[0035] 所述物镜组1包括依次排列的第一物镜1‑1和第二物镜1‑2，固定镜组4包括依次排列的第一固定镜4‑1和第二固定镜4‑2，调焦镜组5包括依次排列的第一调焦镜5‑1和第二调
焦镜5‑2。外界景物辐射经第一物镜1‑1、第二物镜1‑2、变倍镜2、补偿镜3、第一固定镜4‑1、
第二固定镜4‑2、第一调焦镜5‑1、第二调焦镜5‑2聚焦到探测器焦平面6上。沿光轴改变变倍
透镜2和补偿透镜3的相互间隔厚度，能够得到20倍连续变焦光学系统。所述探测器的F数为
4，所述探测器为像素数320×240、像素大小30μm的中波红外焦平面探测器或像素数640×
480、像素大小15μm的中波红外焦平面探测器；其适用波长：3μm～5μm。

[0036] 当变倍透镜2、补偿透镜3处于图示A1B1位置时，构成光学系统焦距为300mm的最窄视场光路；物镜组1与变倍透镜2间隔为56.9mm，变倍透镜2和补偿透镜3间隔为2mm，补偿透
镜3和固定镜组4间隔为3.9mm。

[0037] 当变倍透镜2、补偿透镜3处于图示A2B2位置时，构成光学系统焦距为15m的最宽视场光路；物镜组1与变倍透镜2间隔为9.5mm，变倍透镜2和补偿透镜3间隔为51.3mm，补偿透
镜3和固定镜组4间隔为2mm。

[0038] 在整个变焦过程中图像始终保持清晰。

[0039] 具体光学参数见下表所示。

[0040] 表1光学系统数据表

[0041]

[0042]

[0043] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨
的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。