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，并且實現(xiàn)變焦機(jī)構(gòu)的控制操作簡單，利于實現(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；所述補償組用于補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償組符合局部無熱化設(shè)計的要求；溫度補償步驟: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；所述補償組用于補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償組符合局部無熱化設(shè)計的要求；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: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，變焦組和補償組沿光軸一并平移-γ -f.At后，實現(xiàn)變焦組和補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)明第三個實施例的紅外連續(xù)變焦無熱化方法中將變焦組和補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-補償組移動曲線。
【具體實施方式】
[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；補償組用于補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，并且變焦組和補償組符合局部無熱化設(shè)計的要求。局部無熱化設(shè)計可以采用現(xiàn)有技術(shù)中所公開的局部無熱化設(shè)計方法，在本發(fā)明中可以合理分配光焦度，降低變焦組和補償組的溫度特性，使得變焦組和補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，變焦組和補償組首先沿光軸平移以補償環(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。從而補償前固定組的離焦量就可以補償變焦組和補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，即變焦組和補償組的初始位置，屯是溫度為T