本發(fā)明涉及一種25~75mm長(zhǎng)波紅外連續(xù)變焦鏡頭及其工作方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展、非制冷探測(cè)器技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，因長(zhǎng)波紅外非制冷光學(xué)系統(tǒng)有許多優(yōu)良特點(diǎn)，如被動(dòng)工作式，不會(huì)被地方的電子干擾、隱蔽性好；圖像直觀，易于觀察；體積小、重量輕、精度高等，在軍事和民用領(lǐng)域均得到了廣發(fā)應(yīng)用。紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)能夠連續(xù)改變系統(tǒng)焦距，在改變視場(chǎng)的同時(shí)，像面能夠保持穩(wěn)定清晰，不會(huì)產(chǎn)生像面飄逸。近年來(lái)，隨著安防監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)航拍等領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)與之關(guān)聯(lián)的紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的需求也日益增強(qiáng)。

傳統(tǒng)非制冷紅外變焦鏡頭都存在2個(gè)以上非球面，即便有2個(gè)非球面的紅外變焦鏡頭其分辨率只達(dá)到20lp/mm，近年來(lái)，一些非制冷紅外變焦鏡頭利用多個(gè)非球面和一個(gè)衍射面實(shí)現(xiàn)了5個(gè)透鏡高分辨率結(jié)構(gòu)，但是衍射面有不易加工、成本高、無(wú)法量化檢測(cè)、質(zhì)量無(wú)法準(zhǔn)確控制的特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種質(zhì)量穩(wěn)定，分辨率高的25~75mm長(zhǎng)波紅外連續(xù)變焦鏡頭及其工作方法。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種25~75mm長(zhǎng)波紅外連續(xù)變焦鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線自前向后入射方向依次設(shè)有前固組鏡片a、前變倍組鏡片b、補(bǔ)償組鏡片c、后固組鏡片d以及調(diào)焦組鏡片e，所述前固組鏡片a包括凸面朝前的正月牙形透鏡a-1；所述變倍組鏡片b包括凸面朝前的負(fù)月牙形透鏡b-1；所述補(bǔ)償組鏡片c包括凹面朝前的負(fù)月牙形透鏡c-1；所述后固組鏡片d包括凸面朝前的正月牙形透鏡d-1以及位于正月牙形透鏡d-1后側(cè)且凸面朝前的負(fù)月牙形透鏡d-2；所述調(diào)焦組鏡片e包括凸面朝前的正月牙形透鏡e-1。

進(jìn)一步的，所述正月牙形透鏡a-1與負(fù)月牙形透鏡b-1之間的空氣間隔是8.35～55.36mm；所述負(fù)月牙形透鏡b-1與負(fù)月牙形透鏡c-1之間的空氣間隔是39.32～8.89mm；所述負(fù)月牙形透鏡c-1與正月牙形透鏡d-1之間的空氣間隔是20.58～4mm；所述正月牙形透鏡d-1與負(fù)月牙形透鏡d-2之間的空氣間隔是9.72mm；所述負(fù)月牙形透鏡d-2與正月牙形透鏡e-1之間的空氣間隔是21.74mm。

進(jìn)一步的，所述鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)包括前鏡筒和安裝于前鏡筒后端的后鏡筒，所述正月牙形透鏡a-1安裝于前鏡筒前端，所述正月牙形透鏡d-1和負(fù)月牙形透鏡d-2安裝于后鏡筒前端，后鏡筒后端設(shè)置有與其滑動(dòng)配合并安裝有正月牙形透鏡e-1的調(diào)焦鏡座；前鏡筒內(nèi)還設(shè)置有與其滑動(dòng)配合并分別安裝有負(fù)月牙形透鏡b-1和負(fù)月牙形透鏡c-1的變倍滑架和補(bǔ)償滑架。

進(jìn)一步的，前鏡筒外圍套設(shè)有前凸輪筒，后鏡筒外圍套設(shè)有后凸輪筒，前鏡筒旁側(cè)還設(shè)置有驅(qū)動(dòng)前凸輪筒轉(zhuǎn)動(dòng)的變焦電機(jī)，后鏡筒旁側(cè)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)后凸輪筒轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)焦電機(jī)，前凸輪筒分別通過(guò)變倍導(dǎo)釘和補(bǔ)償導(dǎo)釘帶動(dòng)變倍滑架和補(bǔ)償滑架軸向移動(dòng)，后凸輪筒通過(guò)調(diào)焦導(dǎo)釘帶動(dòng)調(diào)焦鏡座軸向移動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述變倍導(dǎo)釘穿過(guò)前凸輪筒的變倍凸輪槽和前鏡筒的變倍直槽后固定于變倍滑架上，補(bǔ)償導(dǎo)釘穿過(guò)前凸輪筒的補(bǔ)償凸輪槽和前鏡筒的補(bǔ)償直槽后固定于補(bǔ)償滑架上，調(diào)焦導(dǎo)釘穿過(guò)后凸輪筒的調(diào)焦凸輪槽和后鏡筒的調(diào)焦直槽后固定于調(diào)焦鏡座上。

一種25~75mm長(zhǎng)波紅外連續(xù)變焦鏡頭的工作方法，采用如上所述的25~75mm長(zhǎng)波紅外連續(xù)變焦鏡頭，使用時(shí)，光線順序通過(guò)前固組鏡片a、前變倍組鏡片b、補(bǔ)償組鏡片c、后固組鏡片d以及調(diào)焦組鏡片e進(jìn)行成像，變焦電機(jī)帶動(dòng)前凸輪筒轉(zhuǎn)動(dòng)，變倍導(dǎo)釘和補(bǔ)償導(dǎo)釘分別帶動(dòng)變倍滑架、補(bǔ)償滑架前后運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使得變倍組鏡片b與補(bǔ)償組鏡片c前后移動(dòng)，調(diào)整空氣間隔，實(shí)現(xiàn)變倍；調(diào)焦電機(jī)帶動(dòng)后凸輪筒轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)焦導(dǎo)釘帶動(dòng)調(diào)焦鏡座前后運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行調(diào)焦；變倍與調(diào)焦兩者相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)鏡頭的電動(dòng)變焦。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：（1）非球面數(shù)量少，在校正像差、提高成像質(zhì)量的同時(shí)，避免了非球面設(shè)置在靠近物側(cè)較大的鏡片上，有效降低了加工難度和成本，質(zhì)量易于保證；（2）鏡片數(shù)量較少，有利于裝調(diào)和校正像差；（3）分辨率高，可使用在640×51217μm探測(cè)器上，長(zhǎng)短焦30lp/mm的0視場(chǎng)mtf均達(dá)到0.44以上，接近系統(tǒng)衍射極限，圖像質(zhì)量好；（4）在結(jié)構(gòu)上，鏡頭采用滑架來(lái)移動(dòng)鏡片，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)更順暢，耐振動(dòng)、沖擊能力強(qiáng)，滑架直接與鏡筒配合，更易保證同軸度，有效的控制了變焦過(guò)程中的光軸漂移，在全焦距段范圍內(nèi)成像質(zhì)量?jī)?yōu)良。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將通過(guò)具體實(shí)施例和相關(guān)附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例立體圖；

圖4是圖2的右視圖；

圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1-正月牙形透鏡a-1；2-前鏡筒；3-前凸輪筒；4-負(fù)月牙形透鏡b-1；5-變倍滑架；6-補(bǔ)償滑架；7-負(fù)月牙形透鏡c-1；8-變倍導(dǎo)釘；9-正月牙形透鏡d-1；10-后鏡筒；11-負(fù)月牙形透鏡d-2；12-后凸輪筒；13-調(diào)焦導(dǎo)釘；14-調(diào)焦鏡座；15-正月牙形透鏡e-1；16-補(bǔ)償導(dǎo)釘；17-變倍凸輪槽；18-補(bǔ)償凸輪槽；19-調(diào)焦凸輪槽；20-變焦電機(jī)；21-調(diào)焦電機(jī)；22-變焦微動(dòng)開(kāi)關(guān)；23-變焦擋釘；24-調(diào)焦微動(dòng)開(kāi)關(guān)；25-調(diào)焦擋釘。

具體實(shí)施方式

如圖1~4所示，一種25~75mm長(zhǎng)波紅外連續(xù)變焦鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線自前向后入射方向依次設(shè)有前固組鏡片a、前變倍組鏡片b、補(bǔ)償組鏡片c、后固組鏡片d以及調(diào)焦組鏡片e，所述前固組鏡片a包括凸面朝前的正月牙形透鏡a-1；所述變倍組鏡片b包括凸面朝前的負(fù)月牙形透鏡b-1；所述補(bǔ)償組鏡片c包括凹面朝前的負(fù)月牙形透鏡c-1；所述后固組鏡片d包括凸面朝前的正月牙形透鏡d-1以及位于正月牙形透鏡d-1后側(cè)且凸面朝前的負(fù)月牙形透鏡d-2；所述調(diào)焦組鏡片e包括凸面朝前的正月牙形透鏡e-1。

在本實(shí)施例中，所述正月牙形透鏡a-1與負(fù)月牙形透鏡b-1之間的空氣間隔是8.35～55.36mm；所述負(fù)月牙形透鏡b-1與負(fù)月牙形透鏡c-1之間的空氣間隔是39.32～8.89mm；所述負(fù)月牙形透鏡c-1與正月牙形透鏡d-1之間的空氣間隔是20.58～4mm；所述正月牙形透鏡d-1與負(fù)月牙形透鏡d-2之間的空氣間隔是9.72mm；所述負(fù)月牙形透鏡d-2與正月牙形透鏡e-1之間的空氣間隔是21.74mm。

在本實(shí)施例中，正月牙形透鏡d-1的材料為se60as40，并且折射率為2.7775；其余五個(gè)鏡片的材料為鍺，且折射率均為4.004，該鏡片系統(tǒng)折射率更高，重量更輕，也更有利于裝調(diào)和校正像差。

在本實(shí)施例中，正月牙形透鏡a-1前鏡面和后鏡面的曲率半徑分別為182.86mm和350mm，負(fù)月牙形透鏡b-1前鏡面和后鏡面曲率半徑分別為2592mm和156.84mm，負(fù)月牙形透鏡c-1前鏡面和后鏡面的曲率半徑分別為96.3mm和161.09mm；正月牙形透鏡d-1前鏡面曲率半徑分別為75mm，后鏡面為非球面；負(fù)月牙形透鏡d-2前鏡面和后鏡面的曲率半徑分別為33.35mm和25.3mm；正月牙形透鏡e-1前鏡面和后鏡面的曲率半徑分別為52.01mm和95.8mm。

在本實(shí)施例中，所述正月牙形透鏡d-1后側(cè)面上設(shè)置有系統(tǒng)光闌，此面非球面的面型方程如下：

，

其中：c=1/r,r=312.5178k=0a0=0a1=7.761e-007

a2=-1.324e-010a3=-2.497e-014a4=4.522e-017。

本實(shí)施例中，由上述鏡片組構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到了如下的光學(xué)指標(biāo)：

（1）焦距f′:25mm-75mm；

（2）相對(duì)孔徑f：1.0；

（3）視場(chǎng)角：24.55°×19.75°~8.30°×6.64°；

（4）分辨率：可與640*51217μm探測(cè)器攝像機(jī)適配；

（5）光路總長(zhǎng)∑≤145mm，光學(xué)后截距l(xiāng)′≥16.96mm；

（6）適用譜線范圍：8μm~12μm。

該鏡頭非球面數(shù)量少，在校正像差、提高成像質(zhì)量的同時(shí)，避免了非球面設(shè)置在靠近物側(cè)較大的鏡片上，有效降低了加工難度和成本，質(zhì)量易于保證；鏡片數(shù)量較少，選用5個(gè)ge鏡片和1個(gè)se60as40鏡片，相比znse鏡片而言，se60as40折射率更高，重量更輕，6個(gè)鏡片的設(shè)計(jì)也更有利于裝調(diào)和校正像差；分辨率高，可使用在640×51217μm探測(cè)器上,，長(zhǎng)短焦30lp/mm的0視場(chǎng)mtf均達(dá)到0.44以上，接近系統(tǒng)衍射極限，圖像質(zhì)量好；在結(jié)構(gòu)上，鏡頭采用滑架來(lái)移動(dòng)鏡片，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)更順暢，耐振動(dòng)、沖擊能力強(qiáng)，滑架直接與鏡筒配合，更易保證同軸度，有效的控制了變焦過(guò)程中的光軸漂移，在全焦距段范圍內(nèi)成像質(zhì)量?jī)?yōu)良。

在本實(shí)施例中，所述鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)包括前鏡筒2和安裝于前鏡筒后端的后鏡筒10，所述正月牙形透鏡a-1安裝于前鏡筒2前端，所述正月牙形透鏡d-1和負(fù)月牙形透鏡d-2安裝于后鏡筒10前端，后鏡筒10后端設(shè)置有與其滑動(dòng)配合并安裝有正月牙形透鏡e-1的調(diào)焦鏡座14；前鏡筒2內(nèi)還設(shè)置有與其滑動(dòng)配合并分別安裝有負(fù)月牙形透鏡b-1和負(fù)月牙形透鏡c-1的變倍滑架5和補(bǔ)償滑架6。

在本實(shí)施例中，前鏡筒2外圍套設(shè)有前凸輪筒3，后鏡筒10外圍套設(shè)有后凸輪筒12，前鏡筒2旁側(cè)還設(shè)置有驅(qū)動(dòng)前凸輪筒3轉(zhuǎn)動(dòng)的變焦電機(jī)20，后鏡筒10旁側(cè)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)后凸輪筒12轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)焦電機(jī)21，前凸輪筒3分別通過(guò)變倍導(dǎo)釘8和補(bǔ)償導(dǎo)釘16帶動(dòng)變倍滑架5和補(bǔ)償滑架6軸向移動(dòng)，后凸輪筒12通過(guò)調(diào)焦導(dǎo)釘25帶動(dòng)調(diào)焦鏡座14軸向移動(dòng)。

在本實(shí)施例中，所述變倍導(dǎo)釘8穿過(guò)前凸輪筒3的變倍凸輪槽17和前鏡筒的變倍直槽后固定于變倍滑架5上，補(bǔ)償導(dǎo)釘16穿過(guò)前凸輪筒3的補(bǔ)償凸輪槽18和前鏡筒的補(bǔ)償直槽后固定于補(bǔ)償滑架6上，調(diào)焦導(dǎo)釘25穿過(guò)后凸輪筒12的調(diào)焦凸輪槽19和后鏡筒的調(diào)焦直槽后固定于調(diào)焦鏡座上。

本實(shí)施例中，所述前凸輪筒3和后凸輪筒12加工有正齒輪結(jié)構(gòu)，分別與變焦電機(jī)20和調(diào)焦電機(jī)21通過(guò)齒輪嚙合傳動(dòng)，通過(guò)變倍凸輪槽17、補(bǔ)償凸輪槽18和調(diào)焦凸輪槽19分別帶動(dòng)變倍導(dǎo)釘8、補(bǔ)償導(dǎo)釘16和調(diào)焦導(dǎo)釘13的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)后鏡筒10的調(diào)焦直槽、前鏡筒2的變倍直槽和補(bǔ)償直槽限制變倍導(dǎo)釘8、補(bǔ)償導(dǎo)釘16和調(diào)焦導(dǎo)釘13的圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，使變倍導(dǎo)釘8、補(bǔ)償導(dǎo)釘16和調(diào)焦導(dǎo)釘13只進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)變倍組鏡片b、補(bǔ)償組鏡片c和調(diào)焦組鏡片f的前后運(yùn)動(dòng)，短焦變?yōu)殚L(zhǎng)焦的過(guò)程中，前固組鏡片a和變倍組鏡片b之間的距離不斷增大，前固組鏡片a和補(bǔ)償組鏡片c之間的距離不斷增大，變倍組鏡片b和補(bǔ)償組鏡片c之間的距離不斷縮??；所述調(diào)焦組鏡片f通過(guò)圓柱凸輪結(jié)構(gòu)帶動(dòng)其前后移動(dòng)，達(dá)到補(bǔ)償不同溫度下像面位置的偏移的目的。

本實(shí)施例中，所述變焦電機(jī)20在短焦和長(zhǎng)焦終點(diǎn)的自動(dòng)停止動(dòng)作通過(guò)固定在前凸輪筒3上的變焦擋釘23觸碰變焦微動(dòng)開(kāi)關(guān)22觸點(diǎn)來(lái)控制，調(diào)焦電機(jī)21在前后調(diào)焦終點(diǎn)的自動(dòng)停止動(dòng)作通過(guò)固定在后凸輪筒12上的調(diào)焦擋釘25觸碰調(diào)焦微動(dòng)開(kāi)關(guān)24觸點(diǎn)來(lái)控制。

一種25~75mm長(zhǎng)波紅外連續(xù)變焦鏡頭的工作方法，采用如上所述的25~75mm長(zhǎng)波紅外連續(xù)變焦鏡頭，使用時(shí)，光線順序通過(guò)前固組鏡片a、前變倍組鏡片b、補(bǔ)償組鏡片c、后固組鏡片d以及調(diào)焦組鏡片e進(jìn)行成像，變焦電機(jī)帶動(dòng)前凸輪筒轉(zhuǎn)動(dòng)，變倍導(dǎo)釘和補(bǔ)償導(dǎo)釘分別帶動(dòng)變倍滑架、補(bǔ)償滑架前后運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使得變倍組鏡片b與補(bǔ)償組鏡片c前后移動(dòng)，調(diào)整空氣間隔，實(shí)現(xiàn)變倍；調(diào)焦電機(jī)帶動(dòng)后凸輪筒轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)焦導(dǎo)釘帶動(dòng)調(diào)焦鏡座前后運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行調(diào)焦；變倍與調(diào)焦兩者相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)鏡頭的電動(dòng)變焦。

上列較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。