一种长波红外通用型大光圈连续变焦镜头制造技术

本实用新型专利技术属于光学技术领域，涉及一种长波红外通用型大光圈连续变焦镜头。本实用新型专利技术采用的技术方案包括：具有正光焦度的前固定组，为一片凸面朝向物方的弯月形锗正透镜；具有负光焦度的变倍组，为一片双凹形的锗负透镜；具有正光焦度的补偿组，为一片双凸形的锗正透镜；具有负光焦度的后固定组，为一片凸面朝向像方的弯月形锗负透镜；具有正光焦度的调焦组，为一片双凸形锗正透镜。本实用新型专利技术工作波段为8～12微米，焦距为20mm～100mm，F数＝0.8@f20mm，F数＝1.0@f100mm，适配分辨率为640x512，像元大小15微米的非制冷探测器，光学系统总长210mm，最大口径101mm。本实用新型专利技术的结构紧凑，变焦曲线平滑，装调简便，易于量产，整个变焦范围内成像质量优良。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光学
，涉及一种用于长波红外通用型大光圈连续变焦镜头。
技术介绍
近年来技术的应用越来越广泛。长波非制冷探测器重量轻、体积小，随着成本的降低，其应用范围已经从军用普及到民用领域，例如安防、工业、医疗等。普通的定焦镜头以及双视场镜头在某些场合下已不能满足使用需求。本专利涉及的连续变焦镜头，使用五片镜片，移动其中两个镜片，实现焦距的平滑变化，从而能够更好的实现对目标的发现、跟踪和识别。中国专利CN102866485公开了一种长波红外连续变焦镜头，包括由物方到成像方依次设置的具有正屈光度的第一透镜群、具有负屈光度的第二透镜群、具有正屈光度的第三透镜群、具有负屈光度的第四透镜群、用于折转光路用的第一反射镜、具有正屈光度的第五透镜群、用于折转光路用的第二反射镜和具有正屈光度的一第六透镜群。本专利技术的长波红外连续变焦镜头，在尽可能提高探测作用距离及提高像质的基础上，降低了成本和体积，并且能达到良好的成像效果。但是本专利技术的包括反射镜，构造复杂，体积大，不利于携带。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种光学总长短，体积小，装调方便、成像质量高的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头。其工作波段为8～12微米，焦距为20mm～100mm，F数＝0.8f20mm，F数＝1.0f100mm，适配分辨率为640x512，像元大小15微米的长波非制冷探测器，光学系统总长210mm，最大口径101mm。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种长波红外通用型大光圈连续变焦镜头，由物方到像方依次包括，前固定组、变倍组、补偿组、后固定组、调焦组以及长波非制冷探测器；所述前固定组具有正光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，表面类型均为球面；所述变倍组具有负光焦度，为一片双凹形锗单晶负透镜，其朝向像方的一侧为非球面，所述透镜的总移动行程27.33mm，用于改变所述长波红外连续变焦镜头的焦距；所述补偿组具有正光焦度，为一片双凸形锗单晶正透镜，其朝向物方的一侧为非球面，所述透镜的总移动行程28.49mm，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；所述后固定组具有负光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶负透镜，其凹面为衍射面；所述调焦组具有正光焦度，为一片双凸形锗单晶正透镜，其朝向物方的一侧为非球面，所述透镜的总移动行程3mm，用于补偿不同温度和不同物距时像面位置的偏移；在所述调焦组后为长波非制冷探测器，包括保护窗口和像面；孔径光阑位于补偿组与后固定组之间，变焦过程中保持恒定。所述镜头满足如下参数：所述镜头的有效焦距EFL＝20～100mm，F数＝0.8f20mm，F数＝1.0f100mm，光学系统总长＝210mm，适配探测器分辨率640x512，像元大小15μm。所述镜头的水平视场角范围为：2ω＝27°～5.5°。所述镜头的镜片中的非球面满足下列表达式：z=cr21+1-(1+k)c2r2+α2r4+α3r6+α4r8+α5r10+α6r12]]>其中z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距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，α2、α3、α4、α5、α6为高次非球面系数。所述镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：Φ＝A1ρ2+A2ρ4其中Φ为衍射面的位相，ρ＝γ/δn,γn是衍射面的规划半径，A1、A2为衍射面的位相系数。所述镜头的全视场的平均MTF>0.4520lp/mm。所述前固定组的透镜S1表面镀类金刚石碳膜层，所述前固定组的透镜S2、变倍组的透镜S3和S4、补偿组的透镜S5和S6、后固定组的透镜S7和S8、调焦组的透镜S9和S10表面均镀增透膜层。本技术的有益效果为：拥有5倍变倍比，光学系统总长为210mm，最大口径101mm。结构紧凑，变焦曲线平滑，镜片最大移动量为28.49mm。变倍组和补偿组均只有一片透镜，这样可以更好的保证变焦过程中的光轴稳定性。同时使用折射式光学结构，无须调整反射镜，装调简便，易于量产。整个变焦范围内成像质量优良，全视场的平均MTF>0.4520lp/mm。本技术结构紧凑、透过率高、易于量产，焦距覆盖广角以及中长焦焦段，便于大范围的监控和小视场细节观察。系统总长较短，重量轻，容易集成在手持设备上，因此会有很好的应用前景。附图说明图1是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为100mm时的光学系统图；图2是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为100mm时的点列图；图3是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为100mm时的光学传递函数图(截止分辨率为20lp/mm)；图4是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为100mm时的象散畸变图；图5是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为60mm时的光学系统图；图6是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为60mm时的点列图；图7是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为60mm时的光学传递函数图(截止分辨率为23lp/mm)；图8是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为60mm时的象散畸变图；图9是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为20mm时的光学系统图；图10是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为20mm时的点列图；图11是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为20mm时的光学传递函数图(截止分辨率为27lp/mm)；图12是本技术提供的长波红外通用型大光圈连续变焦镜头的焦距为20mm时的象散畸变图。其中，200-物空间，110-前固定组，120-变倍组，130-补偿组，140-孔径光阑，150-后固定组，160-调焦组，310-长波非制冷探测器，312-保护窗口，314-像面，S1～S10为透镜各个表面。具体实施方式以下结合附图，通过实施例对本技术做进一步详细说明。该实施例是本技术应用于长波非制冷型分辨率640×512像元尺寸15μm凝视型焦平面探测器的例子。图1、图5、图9分别为本技术在焦距100mm、60mm和20mm时的光学系统图，所述镜头的结构相同，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长波红外通用型大光圈连续变焦镜头，其特征在于：由物方到像方依次包括，前固定组、变倍组、补偿组、后固定组、调焦组以及长波非制冷探测器；所述前固定组具有正光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，表面类型均为球面；所述变倍组具有负光焦度，为一片双凹形锗单晶负透镜，其朝向像方的一侧为非球面，所述透镜的总移动行程27.33mm；所述补偿组具有正光焦度，为一片双凸形锗单晶正透镜，其朝向物方的一侧为非球面，所述透镜的总移动行程28.49mm；所述后固定组具有负光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶负透镜，其凹面为衍射面；所述调焦组具有正光焦度，为一片双凸形锗单晶正透镜，其朝向物方的一侧为非球面，所述透镜的总移动行程3mm；在所述调焦组后为长波非制冷探测器，包括保护窗口和像面，孔径光阑位于补偿组与后固定组之间，变焦过程中保持恒定；所述镜头满足如下参数：所述镜头的有效焦距EFL＝20～100mm，F数＝0.8@f20mm，F数＝1.0@f100mm，光学系统总长＝210mm，适配探测器分辨率640x512，像元大小15μm，水平视场角范围为：2ω＝27°～5.5°。

【技术特征摘要】
1.一种长波红外通用型大光圈连续变焦镜头，其特征在于：由物方到像方依次包括，前
固定组、变倍组、补偿组、后固定组、调焦组以及长波非制冷探测器；
所述前固定组具有正光焦度，为一片凸面朝向物方的弯月形锗单晶正透镜，表面类型
均为球面；
所述变倍组具有负光焦度，为一片双凹形锗单晶负透镜，其朝向像方的一侧为非球面，
所述透镜的总移动行程27.33mm；
所述补偿组具有正光焦度，为一片双凸形锗单晶正透镜，其朝向物方的一侧为非球面，
所述透镜的总移动行程28.49mm；
所述后固定组具有负光焦度，为一片凸面朝向像方的弯月形锗单晶负透镜，其凹面为
衍射面；
所述调焦组具有正光焦度，为一片双凸形锗单晶正透镜，其朝向物方的一侧为非球面，
所述透镜的总移动行程3mm；
在所述调焦组后为长波非制冷探测器，包括保护窗口和像面，孔径光阑位于补偿组与
后固定组之间，变焦过程中保持恒定；
所述镜头满足如下参数：
所述镜头的有效焦距EFL＝20～100mm，F数＝0.8f20mm，F数＝1.0f100mm，光学系统
总长＝210mm，适配探测器分辨率640x512...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘自强，王希杰，蔡文苑，
申请(专利权)人：三河市蓝思泰克光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13