專利名稱：一種非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種長波紅外變焦距鏡頭，尤其涉及一種用于長波紅外非致冷焦平面探測(cè)器的連續(xù)變焦距鏡頭。
背景技術(shù)：
紅外鏡頭作為紅外系統(tǒng)的核心組件，根據(jù)其功能的不同，可以分為定焦紅外鏡頭、 雙視場(chǎng)紅外鏡頭和連續(xù)變焦紅外鏡頭；根據(jù)其接收器件的不同，可以分類為致冷紅外鏡頭和非致冷紅外鏡頭。紅外連續(xù)變焦鏡頭可以實(shí)現(xiàn)在寬視場(chǎng)短焦距模式下的搜索功能和在窄視場(chǎng)長焦距模式下的跟蹤監(jiān)控功能，大大擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，越來越受到用戶的青睞。中國專利紅外熱像儀內(nèi)置鏡頭(專利號(hào)02232857. 2)公開了一種定焦鏡頭，它只能看到一定視場(chǎng)范圍內(nèi)的景物而大大限制其應(yīng)用范圍。中國專利紅外雙視場(chǎng)無熱化光學(xué)系統(tǒng)(專利號(hào)200920305^6. 2)公開的紅外鏡頭在變倍過程中只能在兩個(gè)位置清晰成像，無法實(shí)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)的精確定位，在變倍過程中很容易造成目標(biāo)的丟失。中國專利連續(xù)變焦的紅外熱成像儀(專利號(hào)200820021340. 2)公開的紅外鏡頭采用F數(shù)1，使用了六片透鏡實(shí)現(xiàn)變焦，由于透鏡數(shù)量多，鏡頭整體透過率低，影響其使用效果。中國發(fā)明專利連續(xù)變焦的非制冷紅外熱成像儀(專利號(hào)200810015710. 6)公開的紅外鏡頭F數(shù)1，透鏡數(shù)量六片，并且其中一片采用硒化鋅，在焦距50 150mm范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)3倍連續(xù)變焦，此系統(tǒng)同樣存在透過率低并且變倍比小的缺點(diǎn)。中國實(shí)用新型專利一種長波致冷紅外焦平面探測(cè)器變焦距透鏡系統(tǒng)(專利號(hào)201020257998.0)公開的鏡頭接收器件為致冷型探測(cè)器，由于其功耗高、 體積大、不易安裝等缺點(diǎn)，發(fā)展前景不如使用非致冷探測(cè)器為接收器件的紅外鏡頭。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種鏡頭焦距在37. 5mm 150mm內(nèi)連續(xù)可變，并在整個(gè)變焦過程中鏡頭的F數(shù)等于1. 2并且恒定不變的非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭。本實(shí)用新型所述的一種非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其技術(shù)方案為從物側(cè)算起沿光軸由前固定組、變焦組、補(bǔ)償組和后調(diào)焦組共四片透鏡組成，其中，前固定組是一片凸面向物側(cè)的彎月形透鏡；變焦組是一片雙面為凹面的透鏡；補(bǔ)償組是一片凸面朝向物側(cè)表面的平凸透鏡，其朝向物側(cè)透鏡表面上含有衍射面，并具有表面浮雕結(jié)構(gòu)，在靠近像方的表面設(shè)置有系統(tǒng)光闌；后調(diào)焦組是一片凸面朝向物側(cè)的彎月形透鏡。變焦組透鏡朝向物側(cè)的表面、補(bǔ)償組透鏡朝向物側(cè)的表面和后調(diào)焦組透鏡朝向像方的表面含有偶次非球面。四片透鏡的屈光度依次為正、負(fù)、正、正并且四片透鏡均由鍺材料制作。本實(shí)用新型的連續(xù)變焦過程為當(dāng)非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭從廣角狀態(tài)向遠(yuǎn)攝狀態(tài)變化時(shí)，前固定組透鏡在變焦過程中靜止不動(dòng)，即前固定組透鏡到探測(cè)器焦平面的距離固定不變。變焦組透鏡沿光軸向像方單向移動(dòng)改變焦距，與前固定組透鏡的距離逐漸增大，與補(bǔ)償組透鏡的距離逐漸減小，此時(shí)，鏡頭系統(tǒng)的最佳成像位置不在非致冷焦平面探測(cè)器的焦平面上。補(bǔ)償組透鏡隨著變焦組透鏡的移動(dòng)而進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)以達(dá)到最佳像面落于非致冷焦平面探測(cè)器的焦平面上。后調(diào)焦組透鏡用于調(diào)整剩余離焦量，并且還具有在一定溫度變化范圍內(nèi)補(bǔ)償像面離焦的作用。補(bǔ)償組透鏡與后調(diào)焦組透鏡的距離先減小后增大。由于變焦組透鏡的位置直接影響鏡頭的焦距，因此，前固定組透鏡的焦距、變焦組透鏡的焦距f2和后調(diào)焦組透鏡的焦距f4滿足以下關(guān)系f/fs〉0. 8，f2/fs< —O. 1,0. 1 < f4/fs< 0· 5，其中，€@表示變焦鏡頭在遠(yuǎn)攝狀態(tài)時(shí)的焦距。本實(shí)用新型的有益效果是鏡頭使用的透鏡少，體積小、透過率高，易于裝調(diào)；在 37. 5mm 150mm內(nèi)可連續(xù)變焦，在整個(gè)變焦過程中鏡頭的F數(shù)等于1. 2并恒定不變進(jìn)而整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的靈敏度高。

圖1為本實(shí)用新型的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型焦距等于37. 5mm時(shí)的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型焦距等于75mm時(shí)的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖；圖4為本實(shí)用新型焦距等于112. 5mm時(shí)的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖；圖5為本實(shí)用新型焦距等于150mm時(shí)的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖；圖6為本實(shí)用新型焦距等于37. 5mm時(shí)的調(diào)制傳遞函數(shù)；圖7為本實(shí)用新型焦距等于75mm時(shí)的調(diào)制傳遞函數(shù)；圖8為本實(shí)用新型焦距等于112. 5mm時(shí)的調(diào)制傳遞函數(shù)；圖9為本實(shí)用新型焦距等于150mm時(shí)的調(diào)制傳遞函數(shù)。圖中，001.前固定組透鏡，002.變焦組透鏡，003.補(bǔ)償組透鏡，004.后調(diào)焦組透鏡，005.非致冷焦平面探測(cè)器窗口，006.非致冷探測(cè)器焦平面，Dl為前固定組透鏡到變焦組透鏡的距離，D2為變焦組透鏡到補(bǔ)償組透鏡的距離，D3為補(bǔ)償組透鏡到后調(diào)焦組透鏡的距離，D4為后調(diào)焦組透鏡到非致冷焦平面探測(cè)器窗口的距離。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1，本實(shí)用新型所述的非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭，從物側(cè)算起沿光軸由前固定組透鏡001、變焦組透鏡002、補(bǔ)償組透鏡003和后調(diào)焦組透鏡004組成，其中，前固定組透鏡001是一片凸面向物側(cè)的彎月形透鏡；變焦組透鏡002是一片雙面為凹面的透鏡； 補(bǔ)償組透鏡003是一片凸面向物側(cè)的平凸透鏡，其朝向物側(cè)透鏡表面上含有衍射面，并具有表面浮雕結(jié)構(gòu)，在靠近像方的表面設(shè)置有系統(tǒng)光闌；后調(diào)焦組透鏡004是一片凸面向物側(cè)的彎月形透鏡。變焦組透鏡002朝向物側(cè)的表面、補(bǔ)償組透鏡003朝向物側(cè)的表面和后調(diào)焦組透鏡004朝向像方的表面含有偶次非球面。四片透鏡的屈光度依次為正、負(fù)、正、正。 四片透鏡均由鍺材料制作。前固定組透鏡001的焦距、變焦組透鏡002的焦距f2、后調(diào)焦組透鏡004的焦距 f4滿足以下關(guān)系fVf 遠(yuǎn)=0. 98，f2/f 遠(yuǎn)=-0. 16，f4/f 遠(yuǎn)=0. 3。
4[0025]其中，f^表示變焦鏡頭系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝狀態(tài)時(shí)的焦距。變焦組透鏡002朝向物側(cè)表面的非球面系數(shù)為A = 8. 59864 X IO-7 ；B =-1. 22617Χ1(Γ9 ；C = 3. 15994 X IO-12 ；D =-3· 53184Χ1(Γ15。補(bǔ)償組透鏡003朝向物側(cè)表面的非球面系數(shù)為A = -2. 80733 X IO-7 ；B = 3. 13947 X IO-10 ；C = -7. 42465 X IO-13 ；D = T^ogssxioH6q后調(diào)焦組透鏡004朝向像方表面的非球面系數(shù)為A = 2. 1793X 10"；B = -3. 77945 X IO-13 ；C = -1. 16967 X IO-14 ；D = 8. 34409 XlO^8。補(bǔ)償組透鏡003的非球面透鏡上疊加衍射面，其衍射面系數(shù)為C1 = -20. 8547 ；C2 = -0.7773。圖2、3、4和5分別為非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭在焦距為37. 5mm、75mm、 112.5mm、150mm時(shí)的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖。這四幅圖展示了光學(xué)透鏡位置的變化，可以清晰看到鏡頭的連續(xù)變焦過程當(dāng)非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭從廣角狀態(tài)向遠(yuǎn)攝狀態(tài)變化時(shí)，前固定組透鏡001在變焦過程中靜止不動(dòng)。變焦組透鏡002沿光軸向像方單向移動(dòng)改變焦距， 與前固定組透鏡001的距離逐漸增大，與補(bǔ)償組透鏡003的距離逐漸減小，此時(shí)，鏡頭系統(tǒng)的最佳成像位置不在非致冷焦平面探測(cè)器的焦平面006上。補(bǔ)償組透鏡003隨著變焦組透鏡002的移動(dòng)而進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)以達(dá)到最佳像面落于非致冷焦平面探測(cè)器的焦平面006上。 后調(diào)焦組透鏡004用于調(diào)整剩余離焦量，并且還具有在一定溫度變化范圍內(nèi)補(bǔ)償像面離焦的作用。圖6、7、8、9分別代表非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭系統(tǒng)在焦距為37. 5mm,75mm, 112. 5mmU50mm時(shí)的調(diào)制傳遞函數(shù)圖，圖中看到鏡頭在變焦過程中的典型視場(chǎng)成像質(zhì)量良好。非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭在37. 5mm 150mm范圍內(nèi)變焦過程中，鏡頭的相對(duì)孔徑保持不變，即F數(shù)等于1. 2。這樣可以有效地提高鏡頭的靈敏度和分辨率。下表1為非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭系統(tǒng)光學(xué)參數(shù)表。其中D1、D2、D3分別代表前固定組彎月形鍺透鏡1到變焦組雙凹鍺透鏡2的距離、變焦組雙凹鍺透鏡2到補(bǔ)償組平凸鍺透鏡3的距離、補(bǔ)償組平凸鍺透鏡3到調(diào)焦組彎月形鍺透鏡4的距離。表2中數(shù)據(jù)表明長波紅外變焦非致冷鏡頭各個(gè)典型變焦位置的數(shù)據(jù)。表1非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭光學(xué)參數(shù)表(單位mm)
權(quán)利要求1.一種非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于從物側(cè)算起沿光軸由前固定組 (001)、變焦組(002)、補(bǔ)償組(00 和后調(diào)焦組(004)共四片透鏡組成，其中，前固定組 (001)是一片凸面向物側(cè)的彎月形透鏡；變焦組(00 是一片雙面為凹面的透鏡；補(bǔ)償組 (003)是一片凸面朝向物側(cè)表面的平凸透鏡，其朝向物側(cè)透鏡表面上含有衍射面，并具有表面浮雕結(jié)構(gòu)，在靠近像方的表面設(shè)置有系統(tǒng)光闌；后調(diào)焦組(004)是一片凸面朝向物側(cè)的彎月形透鏡；變焦組透鏡(00 朝向物側(cè)的表面、補(bǔ)償組透鏡(00 朝向物側(cè)的表面和后調(diào)焦組透鏡(004)朝向像方的表面是偶次非球面。
2.按照權(quán)利要求1所述的非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于前固定組透鏡 (001)到非制冷探測(cè)器焦平面(006)的距離固定不變。
3.按照權(quán)利要求1所述的非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于前固定組 (001)、變焦組(002)、補(bǔ)償組(003)和后調(diào)焦組(004)四片透鏡的屈光度依次為正、負(fù)、正、 正。
4.按照權(quán)利要求1所述的非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于前固定組 (001)、變焦組(002)、補(bǔ)償組(00 和后調(diào)焦組(004)四片透鏡均由鍺材料制作。
專利摘要本實(shí)用新型所述的一種非致冷長波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其技術(shù)方案為從物側(cè)算起沿光軸由前固定組、變焦組、補(bǔ)償組和后調(diào)焦組共四片透鏡組成，補(bǔ)償組朝向物側(cè)透鏡的表面上含有衍射面，并具有表面浮雕結(jié)構(gòu)，在靠近像方的表面設(shè)置有系統(tǒng)光闌。變焦組透鏡朝向物側(cè)的表面、補(bǔ)償組透鏡朝向物側(cè)的表面和后調(diào)焦組透鏡朝向像方的表面含有偶次非球面。四片透鏡的屈光度依次為正、負(fù)、正、正并且四片透鏡均由鍺材料制作。本實(shí)用新型的有益效果是鏡頭使用的透鏡少，體積小、透過率高，易于裝調(diào)；在37.5mm～150mm內(nèi)可連續(xù)變焦，在整個(gè)變焦過程中鏡頭的F數(shù)等于1.2并恒定不變進(jìn)而整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的靈敏度高。
文檔編號(hào)G02B3/02GK202204981SQ201120278048
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者丁黎梅, 張瑩昭, 李林濤, 李洪兵, 汪興, 白玉琢, 羅永芳, 陳驥 申請(qǐng)人:昆明物理研究所