申请/专利权人：福建福光天瞳光学有限公司

申请日：2019-08-08

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN110412753B

主分类号：G02B13/14

分类号：G02B13/14;G02B1/02;G02B1/00;G02B13/18;G02B7/02;G02B7/10;G03B13/34

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.05#授权;2019.11.29#实质审查的生效;2019.11.05#公开

摘要：本发明提供一种长波红外大孔径变焦镜头及其调焦方法，包括主镜筒，所述主镜筒内部沿光线自左向右入射方向依次设置有第一正弯月透镜、第一负弯月透镜及第二正弯月透镜，所述第一正弯月透镜与第一负弯月透镜之间的空气间隔是37.5mm，所述第一负弯月透镜与第二正弯月透镜之间的空气间隔调节范围是31.3mm~33.2mm。本发明具有大孔径电动调焦的特点，镜头结构简单，紧凑，此外，为克服温度对红外镜头成像性能的影响，通过电动调焦调整镜片间的空气间隔聚焦，使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量，具有创新性。

主权项：1.一种长波红外大孔径变焦镜头，其特征在于，包括主镜筒，所述主镜筒内部沿光线自左向右入射方向依次设置有第一正弯月透镜、第一负弯月透镜及第二正弯月透镜，所述第一正弯月透镜与第一负弯月透镜之间的空气间隔是37.5mm，所述第一负弯月透镜与第二正弯月透镜之间的空气间隔调节范围是31.3mm~33.2mm；所述第一正弯月透镜及第二正弯月透镜依次安装在主镜筒前后内部，所述主镜筒中部设置有与主镜筒移动配合的内镜筒，第一正弯月透镜上设有用于将第一正弯月透镜压紧固定在主镜筒内的压圈A，第一负弯月透镜上设有用于将第一负弯月透镜压紧固定在内镜筒内的压圈B，第二正弯月透镜上设有用于将第二正弯月透镜压紧固定在主镜筒内的压圈C；所述主镜筒包括调焦组，所述调焦组包括调焦凸轮，所述主镜筒后侧部安装有电机架，所述电机架上安装有电机，电机输出轴上设有与调焦凸轮相配合的驱动齿轮，所述主镜筒两侧设置有一对贯穿主镜筒以及内镜筒且由调焦凸轮转动带动内镜筒移动的导钉，所述导钉外部设有黄铜隔圈。

全文数据：长波红外大孔径变焦镜头及其调焦方法技术领域本发明涉及一种长波红外大孔径变焦镜头及其调焦方法。背景技术光学系统在较大温差的冲击下，由于镜片材料、机械零件的膨胀或收缩，以及镜片材料的折射率增大或减小，会使得光学系统成像质量产生极大下降，尤其对红外光学系统更为严重。随着红外光学镜头的使用范围越来越广，在许多的使用场合中，红外镜头的工作温度变化范围很大，用户需要能够对镜头进行调焦，使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量。红外光学系统使用较多的无热化方式有两种：光学无热化和电动无热化。其中，光学无热化因其具有结构简单、质量轻，成本低、等优点，但其可控的温度范围不能满足客户需要，因此长波红外大孔径电动调焦镜头使用电动无热化使光学系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量。长波红外大孔径电动调焦镜头虽具有电动调焦机构，但在主镜筒设计上尽量优化结构设计降低成本，使本款镜头结构易于加工、装配、可批量生产。发明内容本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种长波红外大孔径变焦镜头及其调焦方法，结构简单且成像效果好。本发明的具体实施方案是：提供一种长波红外大孔径变焦镜头，包括主镜筒，所述主镜筒内部沿光线自左向右入射方向依次设置有第一正弯月透镜、第一负弯月透镜及第二正弯月透镜，所述第一正弯月透镜与第一负弯月透镜之间的空气间隔是37.5mm，所述第一负弯月透镜与第二正弯月透镜之间的空气间隔调节范围是31.3mm~33.2mm。进一步的，所述第一正弯月透镜及第二正弯月透镜材质均采用长波单晶锗。进一步的，第一负弯月透镜材质采用硫系玻璃。进一步的，所述第一正弯月透镜的右面为非球面，所述第二正弯月透镜的左面为非球面。进一步的，第一正弯月透镜及第二正弯月透镜上的非球面满足下列表达式：；其中c=1R，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，R表示镜面的近轴曲率半径，K为圆锥系数，A、B、C、D为高次非球面系数。进一步的，所述第一正弯月透镜及第二正弯月透镜依次安装在主镜筒前后内部，所述主镜筒中部设置有与主镜筒移动配合的内镜筒，第一正弯月透镜上设有用于将第一正弯月透镜压紧固定在主镜筒内的压圈A，第一负弯月透镜上设有用于将第一负弯月透镜压紧固定在内镜筒内的压圈B，第二正弯月透镜上设有用于将第二正弯月透镜压紧固定在主镜筒内的压圈C。进一步的，所述主镜筒包括调焦组，所述调焦组包括调焦凸轮，所述主镜筒后侧部安装有电机架，所述电机支架上安装有电机，所述电机输出轴上设有与调焦凸轮相配合的驱动齿轮，所述主镜筒两侧设置有一对贯穿主镜筒以及内镜筒且由调焦凸轮转动带动内镜筒移动的导钉，所述导钉外部设有黄铜隔圈。进一步的，一种长波红外大孔径变焦镜头的调焦方法，包括步骤如下：电机通过其上的驱动齿轮带动调焦齿轮旋转，从而带动内镜筒及内镜筒上的第一负弯月透镜在主镜筒内沿光轴方向前后平移，从而进行光学系统调焦。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本装置结构紧凑，设计合理，具有大孔径电动调焦的特点，镜头结构简单，紧凑，此外，为克服温度对红外镜头成像性能的影响，通过电动调焦调整镜片间的空气间隔聚焦，使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量。附图说明图1是本发明实施例的光学结构示意图；图2是本发明实施例结构示意图一；图3是本发明实施例结构示意图二。图中：1-主镜筒，2-第一正弯月透镜，3-第一负弯月透镜，4-第二正弯月透镜，5-调焦组，6-调焦凸轮，7-电机架，8-电机，9-内镜筒，10-压圈A，11-压圈B，12-压圈C，13-驱动齿轮，14-导钉，15-黄铜隔圈，16-限位开关。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。实施例1：如图1~3所示，本实施例中，提供一种长波红外大孔径变焦镜头，包括主镜筒1，所述主镜筒1内部沿光线自左向右入射方向依次设置有第一正弯月透镜2、第一负弯月透镜3及第二正弯月透镜4，所述第一正弯月透镜与第一负弯月透镜之间的空气间隔是37.5mm，所述第一负弯月透镜与第二正弯月透镜之间的空气间隔调节范围是31.3mm~33.2mm。本实施例中，所述第一正弯月透镜2及第二正弯月透镜4材质均采用长波单晶锗。本实施例中，第一负弯月透镜3材质采用硫系玻璃。本实施例中，所述第一正弯月透镜的右面为非球面，所述第二正弯月透镜的左面为非球面。本实施例中，第一正弯月透镜及第二正弯月透镜上的非球面满足下列表达式：；其中c=1R，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，R表示镜面的近轴曲率半径，K为圆锥系数，A、B、C、D为高次非球面系数。本实施例中，所述第一正弯月透镜及第二正弯月透镜依次安装在主镜筒前后内部，所述主镜筒中部设置有与主镜筒移动配合的内镜筒9，第一正弯月透镜上设有用于将第一正弯月透镜压紧固定在主镜筒内的压圈A10，第一负弯月透镜上设有用于将第一负弯月透镜压紧固定在内镜筒内的压圈B11，第二正弯月透镜上设有用于将第二正弯月透镜压紧固定在主镜筒内的压圈C12。本实施例中，所述主镜筒1包括调焦组5，所述调焦组5包括调焦凸轮6，所述主镜筒后侧部安装有电机架7，所述电机支架上安装有电机8，所述电机输出轴上设有与调焦凸轮相配合的驱动齿轮13，所述主镜筒两侧设置有一对贯穿主镜筒以及内镜筒且由调焦凸轮转动带动内镜筒移动的导钉14，每个导钉外部设有黄铜隔圈15。本实施例中，所述主镜筒1内侧部设有导向直槽，内镜筒侧部与导向直槽相配合且在调焦凸轮旋转下带动内镜筒可以沿导向直槽前后移动。本实施例中，所述内镜筒1上开设有排气孔，避免内镜筒前后移动时，内镜筒内部的空气挤压导致内镜筒无法移动，能够保证调焦顺畅，无卡滞。本实施例中，所述主镜筒侧部设有限位开关16。本实施例中，使用时，电机8通过其上的驱动齿轮13带动调焦凸轮6旋转，从而带动内镜筒及内镜筒上的第一负弯月透镜沿光轴方向前后平移，从而进行光学系统调焦。本装置采用”+、-、+”的结构形式，具有大孔径电动调焦的特点，镜头结构简单、紧凑，此外为克服温度对红外镜头成像性能的影响，通过电动调焦调整镜片间的空气间隔聚焦，使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量。实施例2：本实施例中，由第一正弯月透镜、第一负弯月透镜及第二正弯月透镜构成的光学元件参数表，如下表所示：上表中，S1、S3、S5分别为第一正弯月透镜、第一负弯月透镜及第二正弯月透镜的左面，S2、S4、S6分别为第一正弯月透镜、第一负弯月透镜及第二正弯月透镜的右面。实施例3：本实施例中，第一正弯月透镜、第一负弯月透镜及第二正弯月透镜构成的光学结构达到了以下光学指标：（1）工作波段：8μm-12μm；（2）焦距：f′=75.0mm；（3）探测器：长波红外非制冷型640*480，17μm；（4）视场角：5.48°（H）×3.76°（V）；（5）相对孔径Df′：11.0；（6）光学系统总长89.8mm。在本实施例中，本镜头可以与长波红外非制冷型640*48017um探测器匹配，用于机载及陆上等多种平台，执行测温、安防监控等任务。上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接例如使用螺栓或螺钉连接，也可以理解为：不可拆卸的固定连接例如铆接、焊接，当然，互相固定连接也可以为一体式结构例如使用铸造工艺一体成形制造出来所取代明显无法采用一体成形工艺除外。如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

权利要求：1.一种长波红外大孔径变焦镜头，其特征在于，包括主镜筒，所述主镜筒内部沿光线自左向右入射方向依次设置有第一正弯月透镜、第一负弯月透镜及第二正弯月透镜，所述第一正弯月透镜与第一负弯月透镜之间的空气间隔是37.5mm，所述第一负弯月透镜与第二正弯月透镜之间的空气间隔调节范围是31.3mm~33.2mm。2.根据权利要求1所述的一种长波红外大孔径变焦镜头，其特征在于，所述第一正弯月透镜及第二正弯月透镜材质均采用长波单晶锗。3.根据权利要求1所述的一种长波红外大孔径变焦镜头，其特征在于，第一负弯月透镜材质采用硫系玻璃。4.根据权利要求1所述的一种长波红外大孔径变焦镜头，其特征在于，所述第一正弯月透镜的右面为非球面，所述第二正弯月透镜的左面为非球面。5.根据权利要求1所述的一种长波红外大孔径变焦镜头，其特征在于，第一正弯月透镜及第二正弯月透镜上的非球面满足下列表达式：；其中c=1R，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，R表示镜面的近轴曲率半径，K为圆锥系数，A、B、C、D为高次非球面系数。6.根据权利要求1所述的一种长波红外大孔径变焦镜头，其特征在于，所述第一正弯月透镜及第二正弯月透镜依次安装在主镜筒前后内部，所述主镜筒中部设置有与主镜筒移动配合的内镜筒，第一正弯月透镜上设有用于将第一正弯月透镜压紧固定在主镜筒内的压圈A，第一负弯月透镜上设有用于将第一负弯月透镜压紧固定在内镜筒内的压圈B，第二正弯月透镜上设有用于将第二正弯月透镜压紧固定在主镜筒内的压圈C。7.根据权利要求6所述的一种长波红外大孔径变焦镜头，其特征在于，所述主镜筒包括调焦组，所述调焦组包括调焦凸轮，所述主镜筒后侧部安装有电机架，所述电机支架上安装有电机，所述电机输出轴上设有与调焦凸轮相配合的驱动齿轮，所述主镜筒两侧设置有一对贯穿主镜筒以及内镜筒且由调焦凸轮转动带动内镜筒移动的导钉，所述导钉外部设有黄铜隔圈。8.一种利用如权利要求7所述的一种长波红外大孔径变焦镜头的调焦方法，其特征在于，包括步骤如下：电机通过其上的驱动齿轮带动调焦齿轮旋转，从而带动内镜筒及内镜筒上的第一负弯月透镜在主镜筒内沿光轴方向前后平移，从而进行光学系统调焦。

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