一種大變倍比紅外變焦鏡頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專利涉及一種紅外變焦鏡頭，特別涉及一種大變倍比紅外變焦鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于穿透能力好，可以全天候應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，紅外技術(shù)是夜視技術(shù)中最具優(yōu)勢(shì)的一 種。盡管非制型冷熱像儀相對(duì)于制冷型熱像儀而言其敏感性稍差，但是由于其體積小、重 量輕等優(yōu)點(diǎn)，近年來迅速發(fā)展成為熱成像市場(chǎng)的主流。然而非制冷型熱像儀所需光學(xué)系統(tǒng) 的F數(shù)大，對(duì)應(yīng)鏡頭的口徑也大，因受限于變焦鏡頭的像差校正困難，現(xiàn)行產(chǎn)品大多為定 焦鏡頭。近年來雖然有一些變焦鏡頭的設(shè)計(jì)，例如文獻(xiàn)1(CN202204980U)或文獻(xiàn)2(CN 203385929U)所示的紅外變焦系統(tǒng)，雖然實(shí)現(xiàn)了 5倍或6倍的光學(xué)變焦功能，但是由于透 鏡數(shù)量多，不可避免地造成光學(xué)透過率低。且鏡頭的體積偏大，造成成本高等問題。另一方 面，例如文獻(xiàn)3 (CN102193170B)所示的紅外變焦系統(tǒng)，雖然實(shí)現(xiàn)了透鏡片數(shù)少，鏡筒輕量化 等功能，但變倍比過低，不適合大視場(chǎng)觀察。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本專利中，為了消除上述現(xiàn)有技術(shù)的問題點(diǎn)，其目的在于提供一種大變倍比，結(jié)構(gòu) 緊湊，透過率高，易于裝調(diào)并具有優(yōu)異的成像性能的大變倍比紅外變焦鏡頭。
[0004] 為了解決上述課題且達(dá)到目的，本專利的大變倍比紅外變焦鏡頭，以物方至像方 為序依次有第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組，其特征在于：所述的第二 透鏡組和第四透鏡組為變倍調(diào)焦鏡組，所述的第一透鏡組和第三透鏡組為固定鏡組；
[0005] 所述的大變倍比紅外變焦鏡頭滿足下述條件式
[0006] f3/fw>4. 0 ⑴
[0007] (dlt-dlw)/(ft-fw)<1.0 (2)
[0008] 其中，f3為所述第三透鏡組的焦距，fw為整個(gè)系統(tǒng)的廣角端焦距，ft為整個(gè)系統(tǒng)的 望遠(yuǎn)端焦距，dlt為所述第一透鏡組和所述第二透鏡組在望遠(yuǎn)端的間距，dlw為所述第一透鏡 組和所述第二透鏡組在廣角端的間距
[0009] 在大變倍比紅外變焦系統(tǒng)中，為了滿足從廣角端到望遠(yuǎn)端保持良好的成像性能， 要求第三透鏡組能夠?qū)Φ谝煌哥R組和第二透鏡組在各個(gè)焦距所產(chǎn)生的像差都能達(dá)到良好 的校正效果。條件式（1)是大變倍比變焦系統(tǒng)為了校正像差所必備的條件。如果超過條件 式（1)的下限，會(huì)導(dǎo)致廣角端球差校正過度的問題。
[0010] 條件式（2)不僅能使整個(gè)鏡頭系統(tǒng)小型化，還能使球面像差及像面彎曲在變焦區(qū) 域內(nèi)變小的條件。如果超過條件式⑵的上限時(shí)，會(huì)導(dǎo)致慧差增加而性能低下的問題。
[0011] 其他的實(shí)施特征在于，所述第一透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組具有正光焦度， 所述第二透鏡組具有負(fù)光焦度。
[0012] 從上述結(jié)構(gòu)可以看出，當(dāng)大變倍比紅外變焦系統(tǒng)從廣角端向望遠(yuǎn)端變化時(shí)，第一 透鏡組保持固定，即第一透鏡組的像面與焦平面之間距離保持固定不動(dòng)。第二透鏡組沿光 軸朝像側(cè)移動(dòng)過程中，與第一透鏡組之間的距離發(fā)生變化，達(dá)到改變合成焦距的作用。第三 透鏡組和孔徑光闌與焦平面之間距離保持固定不動(dòng)，不僅能夠有效低校正變焦過程中的各 類像差，而且能夠保證光學(xué)變焦過程中的鏡頭的F數(shù)能夠有效地恒定不變，不產(chǎn)生明暗變 化，提高整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的靈敏度。第四透鏡組作為調(diào)焦組，用于調(diào)整剩余離軸量，并且還具 有在一定溫度變化范圍內(nèi)補(bǔ)償像面離焦作用。
[0013] 其他的實(shí)施特征在于，所述第一透鏡組，第二透鏡組，第三透鏡組，第四透鏡組均 由鍺透鏡構(gòu)成且各透鏡組中至少有一個(gè)透鏡組為單片透鏡組。
[0014] 較于硫化鋅等其他紅外光學(xué)材料，鍺透鏡具有折射率高，加工容易，以及色散小等 優(yōu)點(diǎn)。因此為了滿足大變倍比紅外變焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，溫度范圍大等要求鍺材料 被優(yōu)先考慮。
[0015] 其他的實(shí)施特征在于，所述的第二透鏡組中離像方最近的透鏡面上含有衍射面。
[0016] 當(dāng)變倍比較大，望遠(yuǎn)端焦距過長(zhǎng)的情況下，望遠(yuǎn)端的色差校正達(dá)不到要求，此時(shí)需 要添加衍射面，利用光學(xué)衍射效果對(duì)大變倍比紅外變焦系統(tǒng)的望遠(yuǎn)端色差進(jìn)行校正。
[0017] 根據(jù)本專利所起到的效果是：提供大變倍比的同時(shí)，使用鏡片少，結(jié)構(gòu)緊湊，透過 率高，易于裝調(diào)；而且在整個(gè)變焦過程中鏡頭的F數(shù)保持恒定不變而整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)靈敏度 高，成像性能好。
【附圖說明】
[0018] 圖1是表示實(shí)施例1的紅外變焦鏡頭廣角端（a)及望遠(yuǎn)端（b)的沿光軸的剖面圖。
[0019] 圖2是實(shí)施例1的紅外變焦鏡頭廣角端的諸像差圖。
[0020] 圖3是實(shí)施例1的紅外變焦鏡頭望遠(yuǎn)端的諸像差圖。
[0021] 圖4是表示實(shí)施例2的紅外變焦鏡頭廣角端（a)及望遠(yuǎn)端（b)的沿光軸的剖面圖。
[0022] 圖5是實(shí)施例2的紅外變焦鏡頭廣角端的諸像差圖。
[0023] 圖6是實(shí)施例2的紅外變焦鏡頭望遠(yuǎn)端的諸像差圖。
[0024] 圖7是表示實(shí)施例3的紅外變焦鏡頭廣角端（a)及望遠(yuǎn)端（b)的沿光軸的剖面圖。
[0025] 圖8是實(shí)施例3的紅外變焦鏡頭廣角端的諸像差圖。
[0026] 圖9是實(shí)施例3的紅外變焦鏡頭望遠(yuǎn)端的諸像差圖。
[0027] 圖10是表示實(shí)施例4的紅外變焦鏡頭廣角端（a)及望遠(yuǎn)端（b)的沿光軸的剖面 圖。
[0028] 圖11是實(shí)施例4的紅外變焦鏡頭廣角端的諸像差圖。
[0029] 圖12是實(shí)施例4的紅外變焦鏡頭望遠(yuǎn)端的諸像差圖。
[0030] 圖13是表示實(shí)施例5的紅外變焦鏡頭廣角端（a)及望遠(yuǎn)端（b)的沿光軸的剖面 圖。
[0031]圖14是實(shí)施例5的紅外變焦鏡頭廣角端的諸像差圖。
[0032] 圖15是實(shí)施例5的紅外變焦鏡頭望遠(yuǎn)端的諸像差圖。
[0033] 符號(hào)說明
[0034] G11G21G31G41G51 第一透鏡組
[0035] G12G22G32G42G52 第二透鏡組
[0036] G13G23G33G43G53 第三透鏡組
[0037] 頂G成像面
[0038]ST孔徑光闌
【具體實(shí)施方式】
[0039] 以下，基于附圖詳細(xì)說明本專利的大變倍比紅外變焦鏡頭的實(shí)施例。還有，以下實(shí) 施例不限定本專利。
[0040] 實(shí)施例1
[0041] 圖1是表示實(shí)施例1的大變倍比紅外變焦鏡頭的沿光軸的剖面圖。該變焦鏡頭其 構(gòu)成為，從圖示的物體側(cè)順次配置有如下透鏡組：第一透鏡組G11、第二透鏡組G12、第三透 鏡組G13、第四透鏡組G14,所述第二透鏡組G12和所述第四透鏡組G14沿光軸移動(dòng)而進(jìn)行 變倍調(diào)焦，所述第一透鏡組Gll和第三透鏡組G13相對(duì)于成像面被固定。
[0042] 以下，示出關(guān)于實(shí)施例1的變焦紅外鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。
[0043](光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)）

[0047] 透鏡類型標(biāo)"非球面"的為非球面表面。非球面形狀的表達(dá)式用下面的方程式 表示，其中，垂直于光軸的高度為H，以透鏡面頂部為原點(diǎn)時(shí)高度H在光軸方向的矢位量為X(H)，面頂部曲率半徑為R，科尼系數(shù)為K，2次非球面系數(shù)為A，4次非球面系數(shù)為B，6次非 球面系數(shù)為C，8次非球面系數(shù)為D，10次非球面系數(shù)為E。
[0053] 實(shí)施例2
[0054] 圖4是表示實(shí)施例2的大變倍比紅外變焦鏡頭的沿光軸的剖面圖。該變焦鏡頭其 構(gòu)成為，從圖示的物體側(cè)順次配置有如下透鏡組：第一透鏡組G21、第二透鏡組G22、第三透 鏡組G23、第四透鏡組G24,所述第二透鏡組G22和所述第四透鏡組G24沿光軸移動(dòng)而進(jìn)行 變倍調(diào)焦，所述第一透鏡組G21和第三透鏡組G23相對(duì)于成像面被固定以下，示出關(guān)于實(shí)施 例2的定焦鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。（光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)）
[0055]
構(gòu)成為，從圖示的物體側(cè)順次配置有如下透鏡組：第一透鏡組G31、第二透鏡組G32、第三透 鏡組G33、第四透鏡組G34,所述第二透鏡組G32和所述第四透鏡組G34沿光軸移動(dòng)而進(jìn)行 變倍調(diào)焦，所述第一透鏡組G31和第三透鏡組G33相對(duì)于成像面被固定
[0062] 以下，示出關(guān)于實(shí)施例3的定焦鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。
[0063] (調(diào)焦數(shù)據(jù)）

[0071] 實(shí)施例4
[0072] 圖10是表示實(shí)施例4的大變倍比紅外變焦鏡頭的沿光軸的剖面圖。該變焦鏡頭 其構(gòu)成為，從圖示的物體側(cè)順次配置有如下透鏡組：第一透鏡組G41、第二透鏡組G42、第三 透鏡組G43、第四透鏡組G44,所述第二透鏡組G42和所述第四透鏡組G44沿光軸移動(dòng)而進(jìn) 行變倍調(diào)焦，所述第一透鏡組G41和第三透鏡組G43相對(duì)于成像面被固定。
[0073] 以下，示出關(guān)于實(shí)施例4的定焦鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。
[0074](光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)）

[0080] 實(shí)施例5
[0081] 圖13是表示實(shí)施例5的大變倍比紅外變焦鏡頭的沿光軸的剖面圖。該變焦鏡頭 其構(gòu)成為，從圖示的物體側(cè)順次配置有如下透鏡組：第一透鏡組G51、第二透鏡組G52、第三 透鏡組G53、第四透鏡組G54,所述第二透鏡組G52和所述第四透鏡組G54在光軸移動(dòng)而進(jìn) 行變倍調(diào)焦，所述第一透鏡組G51和第三透鏡組G53相對(duì)于成像面被固定。
[0082] 以下，示出關(guān)于實(shí)施例5的變焦紅外鏡頭的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。
[0083] (光學(xué)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)）


【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大變倍比紅外變焦鏡頭，以物方至像方為序依次有第一透鏡組、第二透鏡組、第 三透鏡組和第四透鏡組，其特征在于：所述的第二透鏡組和第四透鏡組為變倍調(diào)焦鏡組，所 述的第一透鏡組和第三透鏡組為固定鏡組； 所述的大變倍比紅外變焦鏡頭滿足下述條件式 f3/fw>4.0 (1) (dlt-dlw)/(ft-fw)<1.0 (2) 其中，f3為所述第三透鏡組的焦距，f w為整個(gè)系統(tǒng)的廣角端焦距，f t為整個(gè)系統(tǒng)的望遠(yuǎn) 端焦距，dlt為所述第一透鏡組和所述第二透鏡組在望遠(yuǎn)端的間距，d lw為所述第一透鏡組和 所述第二透鏡組在廣角端的間距。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大變倍比紅外變焦鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組、 第三透鏡組和第四透鏡組具有正光焦度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大變倍比紅外變焦鏡頭，其特征在于，所述第二透鏡組 具有負(fù)光焦度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大變倍比紅外變焦鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組， 第二透鏡組，第三透鏡組和第四透鏡組均由鍺透鏡構(gòu)成，各透鏡組中至少有一個(gè)透鏡組為 單片透鏡組。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大變倍比紅外變焦鏡頭，其特征在于，所述的第二透鏡 組中離像方最近的透鏡面上含有衍射面。
【專利摘要】本專利公開了一種大變倍比紅外變焦鏡頭。該紅外變焦鏡頭以物方至像方為序依次有第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組。所述第二透鏡組和所述第四透鏡組沿光軸移動(dòng)而進(jìn)行變倍調(diào)焦，所述第一透鏡組和第三透鏡組相對(duì)于成像面被固定。該專利所起到的效果是：提供大變倍比的同時(shí)，使用鏡片少，結(jié)構(gòu)緊湊，透過率高，易于裝調(diào)，并且在整個(gè)變焦過程中鏡頭的F數(shù)保持恒定不變而整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)靈敏度高，成像性能好。
【IPC分類】G02B15/173
【公開號(hào)】CN204790165
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520371942
【發(fā)明人】虞翔, 鄭列華
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年6月2日