紅外連續(xù)變焦無熱化方法及紅外連續(xù)變焦系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種紅外連續(xù)變焦無熱化方法。此外，本發(fā)明還涉及一種紅外連續(xù)變焦系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)儀器的使用過程中，若環(huán)境溫度變化較大，對于紅外光學(xué)系統(tǒng)來說，紅外光學(xué)材料的溫度折射率系數(shù)遠(yuǎn)大于可見光材料，因此紅外光學(xué)材料的性能受溫度影響較大。
[0003]當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，紅外光學(xué)鏡頭產(chǎn)生熱離焦，由此導(dǎo)致像質(zhì)降低。尤其在紅外連續(xù)變焦鏡頭中，要求每個變焦位置都能清晰地成像，但是環(huán)境溫度變化會導(dǎo)致每個變焦位置的離焦量不盡相同，并且難以補(bǔ)償。另外，環(huán)境溫度變化也會導(dǎo)致變焦曲線不再適用，因此大多連續(xù)變焦系統(tǒng)在不同的環(huán)境溫度時采用對應(yīng)的變焦曲線，由此在不同的采樣溫度中使用不同的變焦曲線，但是，由于高斯關(guān)系已被破壞，這在一定程度上需要犧牲部分成像質(zhì)量。采樣溫度點(diǎn)的數(shù)量越少，成像質(zhì)量的妥協(xié)越多，成像質(zhì)量越差，采樣溫度點(diǎn)越多，需要采用的變焦曲線的數(shù)量越多，使得變焦機(jī)構(gòu)的控制越復(fù)雜，調(diào)機(jī)越繁瑣，不利于連續(xù)變焦系統(tǒng)工程化的實(shí)現(xiàn)。
[0004]因此，需要一種紅外連續(xù)變焦無熱化方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種紅外連續(xù)變焦無熱化方法。采用這種紅外連續(xù)變焦無熱化方法可以在不同的采樣溫度下得到清晰的成像質(zhì)量，并且實(shí)現(xiàn)變焦機(jī)構(gòu)的控制操作簡單，利于實(shí)現(xiàn)紅外連續(xù)變焦系統(tǒng)的工程化。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種紅外連續(xù)變焦無熱化方法，其包括以下步驟:設(shè)置紅外連續(xù)變焦鏡頭的步驟:從物方至像方依次設(shè)置前固定組、變焦組、補(bǔ)償組和后固定組，其中，所述前固定組用于會聚收光；所述變焦組用于改變變焦鏡頭的焦距；所述補(bǔ)償組用于補(bǔ)償所述變焦鏡頭在變焦過程中像面位置的偏移，并且所述前固定組、所述變焦組和所述補(bǔ)償組用于將物方的景物會聚成一次成像；所述后固定組用于將所述一次成像會聚為二次成像，并且所述變焦組和所述補(bǔ)償組符合局部無熱化設(shè)計(jì)的要求；溫度補(bǔ)償步驟:當(dāng)環(huán)境溫度自初始溫度變化At時，將所述變焦組和所述補(bǔ)償組的初始位置相對于所述前固定組的位置沿光軸分別平移-γ -f.At，其中，γ是所述前固定組的光學(xué)材料的熱差系數(shù)，f是所述前固定組在所述初始溫度的有效焦距。
[0007]優(yōu)選地，所述紅外連續(xù)變焦鏡頭包括由兩種以上紅外光學(xué)材料制成的透鏡。
[0008]優(yōu)選地，所述變焦組和所述補(bǔ)償組采用的紅外光學(xué)材料具有低色散特性和低溫度特性。
[0009]優(yōu)選地，所述前固定組、所述變焦組、所述補(bǔ)償組或者所述后固定組包括具有負(fù)色散特性的透鏡。
[0010]此外，本發(fā)明還提供了一種紅外變焦系統(tǒng)，其包括:紅外連續(xù)變焦鏡頭，包括從物方至像方依次設(shè)置的前固定組、變焦組、補(bǔ)償組和后固定組，其中:所述前固定組用于會聚收光；所述變焦組用于改變變焦鏡頭的焦距；所述補(bǔ)償組用于補(bǔ)償所述變焦鏡頭在變焦過程中像面位置的偏移，并且所述前固定組、所述變焦組和所述補(bǔ)償組用于將物方的景物會聚成一次成像；所述后固定組用于將所述一次成像會聚為二次成像，并且所述變焦組和所述補(bǔ)償組符合局部無熱化設(shè)計(jì)的要求；變焦機(jī)構(gòu):當(dāng)環(huán)境溫度自初始溫度變化At時，所述變焦機(jī)構(gòu)驅(qū)動所述變焦組和所述補(bǔ)償組的初始位置相對于所述前固定組的位置沿光軸分別平移-γ -f.At，其中，γ是所述前固定組的光學(xué)材料的熱差系數(shù)，f是所述前固定組在所述初始溫度的有效焦距。
[0011]優(yōu)選地，所述紅外連續(xù)變焦鏡頭包括由兩種以上紅外光學(xué)材料制成的透鏡。
[0012]優(yōu)選地，所述變焦組和所述補(bǔ)償組采用的紅外光學(xué)材料具有低色散特性和低溫度特性。
[0013]優(yōu)選地，所述前固定組、所述變焦組、所述補(bǔ)償組或者所述后固定組包括具有負(fù)色散特性的透鏡。
[0014]需要說明的是，本發(fā)明中的變焦組和補(bǔ)償組的初始位置相對于前固定組的位置沿光軸分別平移-γ *f.At，具體地，朝向前固定組的移動量為正，遠(yuǎn)離前固定組的移動量為負(fù)。
[0015]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明的紅外連續(xù)變焦無熱化方法可以使得紅外變焦系統(tǒng)在環(huán)境溫度變化范圍內(nèi)執(zhí)行變焦過程中，變焦組和補(bǔ)償組沿光軸一并平移-γ -f.At后，實(shí)現(xiàn)變焦組和補(bǔ)償組僅采用一組變焦曲線就可以在環(huán)境溫度變化范圍內(nèi)的變焦過程中成像清晰，降低了機(jī)電控制的復(fù)雜性，提升紅外變焦系統(tǒng)的工程化水平。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明第一個實(shí)施例的紅外連續(xù)變焦無熱化方法的示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明第二個實(shí)施例的紅外變焦系統(tǒng)中紅外連續(xù)變焦鏡頭的示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明第三個實(shí)施例的紅外連續(xù)變焦無熱化方法中將變焦組和補(bǔ)償組沿光軸一并平移的變焦曲線的示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的紅外變焦系統(tǒng)的焦距為長焦300mm時處于_40°C的環(huán)境溫度下的MTF函數(shù)圖；
[0020]圖5為本發(fā)明的紅外變焦系統(tǒng)的焦距為中焦86.6mm時處于-40°C的環(huán)境溫度下的MTF函數(shù)圖；
[0021]圖6為本發(fā)明的紅外變焦系統(tǒng)的焦距為短焦25mm時處于_40°C的環(huán)境溫度下的MTF函數(shù)圖；
[0022]圖7為本發(fā)明的紅外變焦系統(tǒng)的焦距為長焦300mm時處于20°C的環(huán)境溫度下的MTF函數(shù)圖；
[0023]圖8為本發(fā)明的紅外變焦系統(tǒng)的焦距為長焦86.6mm時處于20°C的環(huán)境溫度下的MTF函數(shù)圖；
[0024]圖9為本發(fā)明的紅外變焦系統(tǒng)的焦距為長焦25mm時處于20°C的環(huán)境溫度下的MTF函數(shù)圖；
[0025]圖10為本發(fā)明的紅外變焦系統(tǒng)的焦距為短焦300mm時處于55°C的環(huán)境溫度下的MTF函數(shù)圖；
[0026]圖11為本發(fā)明的紅外變焦系統(tǒng)的焦距為長焦86.6mm時處于55°C的環(huán)境溫度下的MTF函數(shù)圖；
[0027]圖12為本發(fā)明的紅外變焦系統(tǒng)的焦距為長焦25mm時處于55°C的環(huán)境溫度下的MTF函數(shù)圖。
[0028]1-第一正光焦度透鏡；2_第一負(fù)光焦度透鏡；3_第二負(fù)光焦度透鏡；4_第二正光焦度透鏡；5_第三正光焦度透鏡；6_第四正光焦度透鏡；7_探測器；10_變焦組移動曲線；11-補(bǔ)償組移動曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明如后。
[0030]參見圖1所示，本發(fā)明第一實(shí)施例中提供的紅外連續(xù)變焦無熱化方法包括設(shè)置紅外連續(xù)變焦鏡頭的步驟和溫度補(bǔ)償步驟。下面將詳細(xì)地描述本發(fā)明的紅外連續(xù)變焦無熱化方法及其各個步驟。
[0031]其中，在設(shè)置紅外連續(xù)變焦鏡頭的步驟中:從物方至像方依次設(shè)置前固定組、變焦組、補(bǔ)償組和后固定組，其中，前固定組用于會聚收光；變焦組用于改變變焦鏡頭的焦距；補(bǔ)償組用于補(bǔ)償變焦鏡頭在變焦過程中像面位置的偏移，并且所述前固定組、所述變焦組和所述補(bǔ)償組用于將物方的景物會聚成一次成像；后固定組用于將一次成像會聚為二次成像，并且變焦組和補(bǔ)償組符合局部無熱化設(shè)計(jì)的要求。局部無熱化設(shè)計(jì)可以采用現(xiàn)有技術(shù)中所公開的局部無熱化設(shè)計(jì)方法，在本發(fā)明中可以合理分配光焦度，降低變焦組和補(bǔ)償組的溫度特性，使得變焦組和補(bǔ)償組的光焦度和剩余色差隨溫度發(fā)生的變化降低到可忽略的水平。
[0032]溫度補(bǔ)償步驟:當(dāng)環(huán)境溫度自初始溫度變化At時，將變焦組和補(bǔ)償組的初始位置相對于前固定組的位置沿光軸分別平移-γ *f.At，其中，γ是前固定組的光學(xué)材料的熱差系數(shù)，f是前固定組在初始溫度的有效焦距。
[0033]當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，變焦組和補(bǔ)償組首先沿光軸平移以補(bǔ)償環(huán)境溫度變化所引起的前固定組的離焦量，由此，在變焦過程中，變焦組和補(bǔ)償組的變焦曲線保持不變，降低了變焦控制機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性。從而補(bǔ)償前固定組的離焦量就可以補(bǔ)償變焦組和補(bǔ)償組作為一個整體與前固定組的高斯關(guān)系。
[0034]具體地，前固定組隨環(huán)境溫度變化的離焦量為:Λ d =-γ.?..Λ?，式中，f是前固定組在初始溫度，例如常溫下的焦距值，γ是前固定組的光學(xué)材料的熱差系數(shù)。由于f和γ是常數(shù)值，故前固定組隨環(huán)境溫度變化的離焦量與溫度是線性關(guān)系。
[0035]如圖3所示坐標(biāo)軸的橫軸為位移distance，縱軸為變焦鏡頭的有效焦距EFL，圖中包括變焦組的變焦曲線10和補(bǔ)償組的變焦曲線11，變焦曲線10和變焦曲線11的焦距可以自短焦fw= 25mm至長焦fN= 300mm。環(huán)境溫度變化至溫度T時，變焦曲線10和變焦曲線11的即時位置為:dT= d ο+ Δ d,由于Λ d = (Tc1-1Ok1，其中kl = γ.f，由此，dT =d0+(T0-T)k!O其中，Ttl是初始溫度，比如常溫20°C，Cltl是變焦曲線在溫度T C1時的初始位置，即變焦組和補(bǔ)償組的初始位置，屯是溫度為T