本發(fā)明涉及一種非制冷熱成像鏡頭，尤其涉及一種長(zhǎng)焦切換式雙視場(chǎng)熱成像鏡頭。

背景技術(shù)：

非制冷熱成像攝像機(jī)由于低廉的成本并且受天氣影響較小，其穿透霧霾能力較強(qiáng)，已經(jīng)在軍民等各領(lǐng)域廣泛使用。隨著作用距離要求不斷增加，長(zhǎng)焦鏡頭也已經(jīng)被各領(lǐng)域重視，成為非制冷熱成像發(fā)展趨勢(shì)。然而，定焦鏡頭由于視場(chǎng)單一，無(wú)法兼顧大范圍目標(biāo)搜索以及長(zhǎng)焦觀察目標(biāo)細(xì)節(jié)，應(yīng)用范圍受到限制，同時(shí)凸顯出了雙視場(chǎng)鏡頭的重要作用。

現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的非制冷雙視場(chǎng)熱成像鏡頭通常為軸向移動(dòng)透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)切換，并且長(zhǎng)焦端焦距一般較短。專利號(hào)為201210339814.9的變光欄紅外雙視場(chǎng)光學(xué)鏡頭發(fā)明專利中，兩鏡片組成的鏡片組沿光軸移動(dòng)實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)切換，且最長(zhǎng)焦距為180mm。專利號(hào)為201420073363.3的一種小尺寸非制冷雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)發(fā)明專利中，采用單鏡片沿光軸移動(dòng)實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)切換，最長(zhǎng)焦距為120mm。相對(duì)于鏡片切換式雙視場(chǎng)鏡頭，軸上移動(dòng)方式視場(chǎng)切換時(shí)間長(zhǎng)，軸上穩(wěn)定性差，容易造成光軸偏差以及目標(biāo)丟失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供了一種切換式非制冷雙視場(chǎng)熱成像鏡頭，該鏡頭具有視場(chǎng)切換時(shí)間短、焦距長(zhǎng)等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。所有鏡片均采用鍺材料，鏡頭使用一個(gè)高次非球面表面與一個(gè)二元衍射表面，通過(guò)切換變倍組切入與切出實(shí)現(xiàn)了視場(chǎng)切換，減少了視場(chǎng)切換時(shí)間，保證了目標(biāo)跟蹤的實(shí)時(shí)性。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種非制冷雙視場(chǎng)熱成像鏡頭，熱成像鏡頭由五片透鏡組成，從物側(cè)到像側(cè)依次為第一透鏡、第 二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡；五片透鏡按照功能分為前固定組，切換變倍組，后固定組和聚焦組；前固定組為第一透鏡，切換變倍組由第二透鏡和第三透鏡組成，后固定組為第四透鏡，聚焦組為第五透鏡。

五片透鏡都為鍺材料透鏡。

所述第一透鏡為彎月透鏡，透鏡中心固定在光軸所在直線上并且不能移動(dòng)；

所述第二透鏡為雙凹透鏡，第三透鏡為雙凸透鏡，切換變倍組垂直于光軸切入切出實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)切換功能；

所述第四透鏡為負(fù)彎月透鏡，透鏡中心固定在光軸所在直線上并且不能移動(dòng)；

所述第五透鏡為雙凸透鏡，沿光軸移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)近目標(biāo)聚焦功能。

所述的第一透鏡為一片凸面向物側(cè)的正彎月透鏡；所述的第二透鏡為雙凹負(fù)透鏡，第三透鏡為雙凸正透鏡；所述的第四透鏡為一片凸面向物側(cè)的負(fù)彎月形透鏡；所述的第五透鏡為雙凸正透鏡。

所述第一透鏡的直徑與最長(zhǎng)焦距滿足如下條件：

1.0<D₁/f_t<1.2，

f_t>250mm，

其中，D₁表示第一透鏡的直徑，f_t表示所述變焦鏡頭處于長(zhǎng)焦?fàn)顟B(tài)時(shí)的焦距。

所述前固定組、切換變倍組與后固定組的焦距滿足如下條件：

f₁/f_t>1.4，

0<f₂/f_t<0.4，

-1.2<f₃/f_t<-0.8，

其中，f₁表示前固定組的焦距，f₂表示切換變倍組的焦距，f₃表 示后固定組的焦距，f_t表示所述變焦鏡頭處于長(zhǎng)焦?fàn)顟B(tài)時(shí)的焦距。

所述鏡頭切換變倍組切入時(shí)為短焦?fàn)顟B(tài)，切出時(shí)為長(zhǎng)焦?fàn)顟B(tài)。

所述切換變倍組與后固定組中至少各選擇一個(gè)表面為非球面，同時(shí)至少在其中一個(gè)非球面表面上加工二元衍射面。

在后固定組朝物側(cè)表面設(shè)置孔徑光闌。

第一透鏡朝向物側(cè)的表面涂鍍硬碳膜。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)和有益效果：本發(fā)明通過(guò)上第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡的選取和排列，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)焦非制冷熱成像的視場(chǎng)切換，縮短了兩個(gè)視場(chǎng)切換時(shí)間，保證了目標(biāo)跟蹤的實(shí)時(shí)性。同時(shí)長(zhǎng)焦端焦距達(dá)到了250mm以上，使得非制冷熱成像攝像機(jī)作用距離更遠(yuǎn)，進(jìn)一步拓展了雙視場(chǎng)鏡頭的作用距離。本發(fā)明的鏡頭全部采用鍺材料透鏡，未使用成本較高的材料，保證了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的鏡頭截面圖；

圖2是本發(fā)明焦距處于短焦時(shí)的調(diào)制傳遞函數(shù)圖；

圖3是本發(fā)明焦距處于長(zhǎng)焦時(shí)的調(diào)制傳遞函數(shù)圖。

圖中，1-前固定組，2-切換變倍組，3-后固定組，4-聚焦組，5-光軸，11-第一透鏡，21-第二透鏡，22-第三透鏡，31-第四透鏡，41-第五透鏡，S5-第三透鏡前表面，S7-第四透鏡前表面。

具體實(shí)施方式

為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)具體實(shí)施方式，對(duì)本方案進(jìn)行闡述。

實(shí)施例1

如說(shuō)明書(shū)附圖圖1所示，本發(fā)明提供了一種非制冷雙視場(chǎng)熱成像鏡頭，從物側(cè)到像側(cè)依次為依次包含四組透鏡，分別為前固定組1， 切換變倍組2，后固定組3，聚焦組4。

前固定組包含一片凸面朝向物側(cè)的正彎月透鏡即第一透鏡11，正彎月透鏡透鏡中心固定在光軸5所在直線上并且不能移動(dòng)。由于經(jīng)常會(huì)裸露在空氣中使用，為防止第一透鏡11受到灰塵、雨水以及人為刮擦，第一透鏡11前表面涂鍍硬碳膜。

切換變倍組2依次包含一片雙凹透鏡即第二透鏡21和一片雙凸透鏡即第三透鏡22。鏡頭通過(guò)切換變倍組2的切入與切出進(jìn)行視場(chǎng)切換。當(dāng)切換變倍組2切入時(shí)鏡頭處于短焦?fàn)顟B(tài)，切換變倍組2切出時(shí)鏡頭處于長(zhǎng)焦?fàn)顟B(tài)。通過(guò)此種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)視場(chǎng)的快速切換，來(lái)保證跟蹤的實(shí)時(shí)性。

后固定組3包含一片凸面朝向物側(cè)的負(fù)彎月透鏡即第四透鏡31，負(fù)彎月透鏡31透鏡中心固定在光軸5所在直線上并且不能移動(dòng)。

聚焦組4包含一片雙凸透鏡即第五透鏡41。聚焦組4透鏡可以沿光軸5進(jìn)行軸向移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)鏡頭對(duì)遠(yuǎn)近目標(biāo)的聚焦。聚焦組4透鏡的移動(dòng)可以用電機(jī)控制，具有功耗低，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。

在本實(shí)施例中，切換式非制冷雙視場(chǎng)熱成像鏡頭的光闌設(shè)置在第四透鏡31朝物側(cè)表面以濾除干擾雜光。

在本實(shí)施例中，所有透鏡使用材料均為鍺材料，僅使用五片鏡片，除第一透鏡11靠近物側(cè)表面外其余表面均涂鍍紅外增透膜，使得鏡頭的加工成本低廉，鏡頭透過(guò)率較高。

在本實(shí)施例中，雙視場(chǎng)鏡頭第一透鏡11的直徑與最長(zhǎng)焦距滿足如下條件：

1.0<D₁/f_t<1.2，

f_t>250mm

其中，D₁表示第一透鏡11的直徑，f_t表示所述變焦鏡頭處于長(zhǎng)焦?fàn)顟B(tài)時(shí)的焦距。

前固定組2、切換變倍組2與后固定組3的焦距滿足如下條件：

f₁/f_t>1.4，

0<f₂/f_t<0.4，

-1.2<f₃/f_t<-0.8，

其中，f₁表示前固定組1的焦距，f₂表示切換變倍組2的焦距，f₃表示后固定組3的焦距，f_t表示所述變焦鏡頭處于長(zhǎng)焦?fàn)顟B(tài)時(shí)的焦距。

在本實(shí)施例中，第三透鏡前表面S5以及第四透鏡前表面S7選用非球面。同時(shí)在第四透鏡前表面S7上疊加二元衍射面。非球面透鏡具有改善球差等像差的優(yōu)點(diǎn)，能夠使得視野變得更大而真實(shí)。采用非球面透鏡后，能夠盡可能地消除在成像的時(shí)候出現(xiàn)的像差，從而改善成像質(zhì)量。

通常非球面形表達(dá)公式為：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\&alpha;}}_4{r}^4+{\mathrm{\&alpha;}}_6{r}^6+{\mathrm{\&alpha;}}_8{r}^8+\mathrm{...}$

z代表光軸5方向的位置，r代表相對(duì)光軸5的垂直方向上的高度，c代表曲率半徑，k代表圓錐系數(shù)，α₄、α₆、α₈…代表非球面系數(shù)。

二元衍射面的應(yīng)用可以校正鏡頭的色差，取得良好的成像效果。二元衍射面的表達(dá)公式為：

c＝M(C₁R²+C₂R⁴)

M＝1為衍射級(jí)次，C₁、C₂為衍射系數(shù)。

下面參照下面的表格對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。

本方案中的鏡頭的工作波段為8-12μm，短焦焦距為70mm，長(zhǎng)焦焦距為270mm。

其中，表1為本實(shí)施例的光學(xué)元件參數(shù)表，表2為非球面數(shù)據(jù)，表3為衍射面系數(shù)。

表1：光學(xué)元件參數(shù)表

表2：非球面數(shù)據(jù)

表3：衍射面系數(shù)

說(shuō)明書(shū)附圖圖2和圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式短焦和長(zhǎng)焦?fàn)顟B(tài)時(shí)調(diào)制傳遞函數(shù)MTF圖，且其橫軸為每毫米的線對(duì)數(shù)(line pair per millimeter)，縱軸為對(duì)比度數(shù)值。從圖中可以看出，在20lp/mm時(shí)， 無(wú)論短焦還是長(zhǎng)焦的傳遞函數(shù)都達(dá)到了50％以上，可得到較高品質(zhì)的圖像，本發(fā)明非制冷雙視場(chǎng)熱成像鏡頭具有較好的光學(xué)效果。

從上述的數(shù)據(jù)可以看出本發(fā)明采用鏡片切換方式實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)焦非制冷熱成像的視場(chǎng)切換，并能夠獲得清晰的圖像。僅使用五片透鏡，并且全部采用鍺材料，沒(méi)有昂貴材料的使用，降低了鏡頭的成本。切換式雙視場(chǎng)鏡頭，使得視場(chǎng)切換時(shí)間比軸上移動(dòng)方式更短，更加有利于目標(biāo)的跟蹤。鏡頭最長(zhǎng)焦達(dá)到250mm以上，使得非制冷熱成像攝像機(jī)擁有更遠(yuǎn)的作用距離。

當(dāng)然，上述表格中的具體參數(shù)僅僅是例示性的，各透鏡的參數(shù)不限于由上述各數(shù)值實(shí)施例所示出的值，可以采用其他的值，都可以達(dá)到類似的技術(shù)效果。同時(shí)，上述說(shuō)明并非是對(duì)發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。