申请/专利权人：中国电子科技集团公司第十一研究所

申请日：2018-11-07

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN109188656B

主分类号：G02B13/00

分类号：G02B13/00;G02B13/06;G02B13/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2019.02.12#实质审查的生效;2019.01.11#公开

摘要：本发明公开了一种百万像素级中波制冷型定焦镜头，本发明沿光线入射方向依次设置的第一正透镜1、第一负透镜2、第二正透镜3、第二负透镜4、第三正透镜5，以及探测器窗口6、探测器冷阑7和探测器焦面8；其中，所述百万像素级中波制冷型定焦镜头的F#满足2≤F#≤4,焦距f'满足50mm≤f'≤200mm。本发明得到的中波制冷型定焦镜头，可应用于面阵规模1280×1024，像元尺寸15μm的中波制冷型探测器上，使得整个探测系统在安防监控等领域满足紧凑型、长焦距、大视场、高分辨率的应用需求，增强其市场竞争力。

主权项：1.一种百万像素级中波制冷型定焦镜头，其特征在于，包括：沿光线入射方向依次设置的第一正透镜1、第一负透镜2、第二正透镜3、第二负透镜4、第三正透镜5，以及探测器窗口6、探测器冷阑7和探测器焦面8；其中，所述百万像素级中波制冷型定焦镜头的F#满足2≤F#≤4,焦距f'满足50mm≤f'≤200mm；所述第一正透镜1的焦距f1'满足50mm≤f1'≤250mm；所述第一负透镜2的焦距f2'满足-150mm≤f2'≤-20mm；所述第二正透镜3的焦距f3'满足20mm≤f3'≤100mm；所述第二负透镜4的焦距f4'满足-100mm≤f4'≤-20mm；所述第三正透镜5的焦距f5'满足20mm≤f5'≤100mm；所述第一正透镜1为具有正光焦度的正弯月透镜；所述第一负透镜2为具有负光焦度的双凹、平凹或负弯月型透镜；所述第二正透镜3为具有正光焦度的平凸或正弯月透镜；所述第二负透镜4为具有负光焦度的平凹或负弯月型透镜；所述第三正透镜5为具有正光焦度的平凸或正弯月透镜；所述第一正透镜1前后表面的球心均朝向像面。

全文数据：一种百万像素级中波制冷型定焦镜头技术领域本发明涉及红外探测器技术领域，特别是涉及一种百万像素级中波制冷型定焦镜头。背景技术近年来，中波制冷型探测器发展迅速。随着第三代焦平面技术的不断进步，焦平面的像素规模不断增加，像元尺寸不断减小。320×256、640×512的面阵规模已经成为当下的主流，在安防监控等领域有着广泛的应用。目前，具有百万像素规模的中波制冷型探测器也已经问世。探测器面阵规模的扩大对于系统应用来说具有非常重要的意义。这意味着，光学系统在保持焦距不减的前提下，能够有效增加视场，且视场的增加量与焦面有效尺寸的增加量基本成正比。1280×1024像素规模探测器的出现，相比于原来640×512的探测器，意味着光学系统不仅可以获得高清图像，同时在保持焦距不变的前提下视场角也能够扩大一倍。面阵规模1280×1024，像元尺寸15μm的中波制冷型探测器在国内各大主流的探测器生产厂商均有相应的产品。与之相应的是，目前需要发明能够与其匹配使用的高清镜头。发明内容本发明提供了一种百万像素级中波制冷型定焦镜头，以解决现有技术中对中波制冷型定焦镜头不能适用于百万像素规模的中波制冷型探测器的问题。本发明提供了一种百万像素级中波制冷型定焦镜头，包括：沿光线入射方向依次设置的第一正透镜1、第一负透镜2、第二正透镜3、第二负透镜4、第三正透镜5，以及探测器窗口6、探测器冷阑7和探测器焦面8；其中，所述百万像素级中波制冷型定焦镜头的F#满足2≤F#≤4,焦距f'满足50mm≤f'≤200mm。优选地，所述第一正透镜1的焦距f1'满足50mm≤f1'≤250mm；所述第一负透镜2的焦距f2'满足-150mm≤f2'≤-20mm；所述第二正透镜3的焦距f3'满足20mm≤f3'≤100mm；所述第二负透镜4的焦距f4'满足-100mm≤f4'≤-20mm；所述第三正透镜5的焦距f5'满足20mm≤f5'≤100mm。优选地，所述第一正透镜1为具有正光焦度的正弯月透镜；所述第一负透镜2为具有负光焦度的双凹、平凹或负弯月型透镜；所述第二正透镜3为具有正光焦度的平凸或正弯月透镜；所述第二负透镜4为具有负光焦度的平凹或负弯月型透镜；所述第三正透镜5为具有正光焦度的平凸或正弯月透镜。优选地，所述第一正透镜1前后表面的球心均朝向像面。优选地，所述第一正透镜1和所述第二正透镜3的材料为硅材料。优选地，所述第一负透镜2、所述第二负透镜4和所述第三正透镜5的材料为锗材料、硒化锌材料或硫系玻璃。优选地，所述百万像素级中波制冷型定焦镜头的光学总长L和系统焦距f'之间满足条件：0.8f'≤L≤1.5f'。本发明有益效果如下：本发明得到的中波制冷型定焦镜头，可应用于面阵规模1280×1024，像元尺寸15μm的中波制冷型探测器上，使得整个成像系统在安防监控等领域满足紧凑型、长焦距、大视场、高分辨率的应用需求，增强其市场竞争力。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本发明第一实施例的百万像素级中波制冷型定焦镜头的光学结构示意图；图2为本发明第一实施例的光学传递函数MTF曲线；图3为本发明第一实施例的点列图；图4为本发明第一实施例的畸变和球差曲线；图5为本发明第二实施例的光学结构示意图；图6为本发明第二实施例的光学传递函数MTF曲线；图7为本发明第二实施例的点列图；图8为本发明第二实施例的畸变和球差曲线。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本发明实施例提供了一种百万像素级中波制冷型定焦镜头，参见图1，包括：沿光线入射方向依次设置的第一正透镜1、第一负透镜2、第二正透镜3、第二负透镜4、第三正透镜5，以及探测器窗口6、探测器冷阑7和探测器焦面8；其中，所述百万像素级中波制冷型定焦镜头的F#满足2≤F#≤4,焦距f'满足50mm≤f'≤200mm。本发明实施例得到的中波制冷型定焦镜头，可应用于面阵规模1280×1024，像元尺寸15μm的中波制冷型探测器上，使得整个探测系统在安防监控等领域满足紧凑型、长焦距、大视场、高分辨率的应用需求，增强其市场竞争力。并且，本发明的光学镜头采用小F#设计，有利于提高系统的集光能力和对比度，提高探测器的灵敏度；本发明实施例中，所述第一正透镜1的焦距f1'满足50mm≤f1'≤250mm，所述第一负透镜2的焦距f2'满足-150mm≤f2'≤-20mm，所述第二正透镜3的焦距f3'满足20mm≤f3'≤100mm，所述第二负透镜4的焦距f4'满足-100mm≤f4'≤-20mm，所述第三正透镜5的焦距f5'满足20mm≤f5'≤100mm。本发明实施例中，所述第一正透镜1为具有正光焦度的正弯月透镜；所述第一负透镜2为具有负光焦度的双凹、平凹或负弯月型透镜；所述第二正透镜3为具有正光焦度的平凸或正弯月透镜；所述第二负透镜4为具有负光焦度的平凹或负弯月型透镜；所述第三正透镜5为具有正光焦度的平凸或正弯月透镜。且，本发明实施例的所述第一正透镜前后表面的球心均朝向像面。具体实施时，本发明实施例所述第一正透镜1和所述第二正透镜3的材料为硅材料。所述第一负透镜2、所述第二负透镜4和所述第三正透镜5的材料为锗材料、硒化锌材料或硫系玻璃。本发明实施例中所述百万像素级中波制冷型定焦镜头的光学总长L和系统焦距f'之间满足条件：0.8f'≤L≤1.5f'。本发明实施例得到的光学镜头焦面尺寸大，在保证镜头长焦距的同时兼顾获得大视场，因此适合用于同时需要长焦距和大视场的光学系统，另外，本发明实施例的光学镜头空间分辨率高，通过匹配1280×1024，15μm的中波制冷型探测器，能够获得百万像素分辨率的高清图像，大大提高系统的成像效果，且，本发明的光学镜头结构简单，透过率高，成像性能好。同时，本发明实施例的的光学镜头成像视场大，有利于扩大观察范围，可兼容多款中波制冷型探测器，由于本发明的光学镜头公差灵敏度低，加工和装配的工艺性好，在镜片和镜筒加工完成后直接进行组合即可满足像质要求，不需要研修等过程，有利于批量化生产。本发明第二实施例提供了一种百万像素级中波制冷型定焦镜头，如图5所示，镜筒未画出，包括，光学系统沿光线自左向右的入射方向依次设置第一正透镜1、第一负透镜2、第二正透镜3、第二负透镜4和第三正透镜5、探测器窗口6、探测器冷阑7和探测器焦面8，系统F#满足：2≤F#≤4，系统焦距f'满足：50mm≤f'≤200mm，透镜1的焦距f1'满足50mm≤f1'≤250mm，透镜2的焦距f2'满足-150mm≤f2'≤-20mm，透镜3的焦距f3'满足20mm≤f3'≤100mm，透镜4的焦距f4'满足-100mm≤f4'≤-20mm，透镜5的焦距f5'满足20mm≤f5'≤100mm。本发明实施例的第一正透镜1为具有正光焦度的正弯月透镜，第二正透镜2为具有负光焦度的双凹、平凹或负弯月型透镜，第二正透镜3为具有正光焦度的平凸或正弯月透镜，第二负透镜4为具有负光焦度的平凹或负弯月型透镜，第三正透镜5为具有正光焦度的平凸或正弯月透镜。第一正透镜1前后表面的球心均朝向像面。进一步的，上述第一正透镜1和第二正透镜3的材料选用硅。第一负透镜2、透镜4和透镜5的材料可选用锗、硒化锌或硫系玻璃。进一步的，上述第一正透镜1和第二正透镜3的前后表面均为球面。第一负透镜2、第二负透镜4和第三正透镜5的前后表面可以是球面或者非球面。进一步的，上述百万像素级中波制冷型定焦镜头的光学总长L和系统焦距f'之间满足条件：0.8f'≤L≤1.5f'。进一步的，上述百万像素级中波制冷型定焦镜头适用于中波3-5μm波段，与1280×1024，15μm及更小靶面尺寸的制冷型红外探测器匹配使用。根据图1的镜头结构示意图，设计一种百万像素级中波制冷型定焦镜头实施例1，光学系统焦距为120mm，F#2，视场角为9.2°×7.3°，光学系统总长139.7mm，设计波长3.7-4.8μm，该系统具体参数如表1所示。表1为本发明的系统参数表旋转对称偶次非球面曲面满足下列方程：上式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为Y的位置时，距离非球面顶点的矢高，R为透镜的近轴曲率半径，K为圆锥系数，A、B、C为高次非球面系数。表2为本发明实施例的非球面参数。表2本发明实施例的非球面参数表KABCS806.2590E-07-2.4950E-101.2490E-13本实施例1光学系统的MTF曲线如图2所示，点列图如图3所示，畸变和球差曲线如图4所示，从图中可以看出，该实施例具有良好的光学性能。根据图5的镜头结构示意图，设计一种百万像素级中波制冷型定焦镜头实施例2，光学系统焦距为120mm，F#2，视场角为9.2°×7.3°，光学系统总长145.8mm，设计波长3.7-4.8μm，该系统具体参数如表3所示。表3为本发明实施例的系统参数表本实施例2光学系统的MTF曲线如图6所示，点列图如图7所示，畸变和球差曲线如图8所示。从图中可以看出，该实施例具有良好的光学性能。本发明至少具有以下优点：本发明的优点：1.本发明的光学镜头焦面尺寸大，在保证镜头长焦距的同时兼顾获得大视场，因此适合用于同时需要长焦距和大视场的光学系统。2.本发明的光学镜头空间分辨率高，通过匹配1280×1024，15μm的中波制冷型探测器，能够获得百万像素分辨率的高清图像，大大提高系统的成像效果。3.本发明的光学镜头采用小F#设计，有利于提高系统的集光能力和对比度，提高探测器的灵敏度；4.本发明的光学镜头成像视场大，有利于扩大观察范围，可兼容多款中波制冷型探测器；5.本发明的光学镜头结构简单，透过率高，成像性能好；6.本发明的光学镜头公差灵敏度低，加工和装配的工艺性好，在镜片和镜筒加工完成后直接进行组合即可满足像质要求，不需要研修等过程，有利于批量化生产。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种百万像素级中波制冷型定焦镜头，其特征在于，包括：沿光线入射方向依次设置的第一正透镜1、第一负透镜2、第二正透镜3、第二负透镜4、第三正透镜5，以及探测器窗口6、探测器冷阑7和探测器焦面8；其中，所述百万像素级中波制冷型定焦镜头的F#满足2≤F#≤4,焦距f'满足50mm≤f'≤200mm。2.根据权利要求1所述的百万像素级中波制冷型定焦镜头，其特征在于，所述第一正透镜1的焦距f1'满足50mm≤f1'≤250mm；所述第一负透镜2的焦距f2'满足-150mm≤f2'≤-20mm；所述第二正透镜3的焦距f3'满足20mm≤f3'≤100mm；所述第二负透镜4的焦距f4'满足-100mm≤f4'≤-20mm；所述第三正透镜5的焦距f5'满足20mm≤f5'≤100mm。3.根据权利要求1所述的百万像素级中波制冷型定焦镜头，其特征在于，所述第一正透镜1为具有正光焦度的正弯月透镜；所述第一负透镜2为具有负光焦度的双凹、平凹或负弯月型透镜；所述第二正透镜3为具有正光焦度的平凸或正弯月透镜；所述第二负透镜4为具有负光焦度的平凹或负弯月型透镜；所述第三正透镜5为具有正光焦度的平凸或正弯月透镜。4.根据权利要求3所述的百万像素级中波制冷型定焦镜头，其特征在于，所述第一正透镜1前后表面的球心均朝向像面。5.根据权利要求1所述的百万像素级中波制冷型定焦镜头，其特征在于，所述第一正透镜1和所述第二正透镜3的材料为硅材料。6.根据权利要求1所述的百万像素级中波制冷型定焦镜头，其特征在于，所述第一负透镜2、所述第二负透镜4和所述第三正透镜5的材料为锗材料、硒化锌材料或硫系玻璃。7.根据权利要求1所述的百万像素级中波制冷型定焦镜头，其特征在于，所述百万像素级中波制冷型定焦镜头的光学总长L和系统焦距f'之间满足条件：0.8f'≤L≤1.5f'。

百度查询： 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种百万像素级中波制冷型定焦镜头

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