一種光學(xué)補(bǔ)償式長波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)補(bǔ)償式長波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外成像系統(tǒng)具有全天候工作、無需輔助照明等優(yōu)點(diǎn)，在告警、偵察和制導(dǎo)等軍事 領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)于軍用設(shè)備，通常地面上的主要目標(biāo)為地面掩體、工廠、大壩、坦 克、裝甲運(yùn)輸車、汽車與士兵等。這些目標(biāo)表面溫度一般不高，輻射能量小，熱輻射的峰值集 中在長波紅外波段。此外，在大氣傳輸過程中紅外線易被物質(zhì)所吸收，但對(duì)于薄霧來說，長 波紅外更容易通過，這樣，相對(duì)于中波(3μπι~5μπ0紅外，長波紅外成像系統(tǒng)在較低溫度下能 夠進(jìn)行最有效的探測，并且在彌漫著灰塵和煙霧的戰(zhàn)場上占據(jù)有利地位，在探測識(shí)別方面 更具優(yōu)勢。
[0003]紅外連續(xù)變焦系統(tǒng)是通過改變透鏡組之間的間隔來實(shí)現(xiàn)的，按像面補(bǔ)償方式的不 同，通常分為光學(xué)補(bǔ)償和機(jī)械補(bǔ)償兩種。目前紅外連續(xù)變焦大多采用機(jī)械補(bǔ)償式，通過變倍 組和補(bǔ)償組的相對(duì)移動(dòng)，各運(yùn)動(dòng)組份按不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作較復(fù)雜的移動(dòng)，達(dá)到完全防止像 面移動(dòng)。比如申請(qǐng)?zhí)枮?01210535594.7的中國專利申請(qǐng)公開了一種軸向變焦三視場紅外光 學(xué)系統(tǒng)，包括變倍透鏡組和補(bǔ)償透鏡組，通過變倍透鏡組和補(bǔ)償透鏡組的軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)三 視場的轉(zhuǎn)換。由于變倍組與補(bǔ)償在運(yùn)動(dòng)時(shí)需要一一對(duì)應(yīng)，對(duì)控制精度的要求較高，否則會(huì)出 現(xiàn)在視場切換過程中出現(xiàn)某個(gè)視場圖像模糊的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)補(bǔ)償式長波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)，用以解決機(jī)械 補(bǔ)償方式的光學(xué)系統(tǒng)在變焦過程中易出現(xiàn)某些點(diǎn)圖像模糊的問題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種光學(xué)補(bǔ)償式長波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系 統(tǒng)，包括從物方到像方依次設(shè)置的前固定鏡組、前移動(dòng)鏡組、中固定鏡組、后移動(dòng)鏡組和后 固定鏡組，所述前移動(dòng)鏡組由依次設(shè)置的第一移動(dòng)透鏡和第二移動(dòng)透鏡組成，所述后移動(dòng) 鏡組由依次設(shè)置的第三移動(dòng)透鏡和第四移動(dòng)透鏡組成，所述前移動(dòng)鏡組和后移動(dòng)鏡組在光 軸上做等間距、等速度、同方向的前后聯(lián)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦;所述第一移動(dòng)透鏡為凸面朝向 物方的彎月形負(fù)透鏡，所述第二移動(dòng)透鏡為雙凹負(fù)透鏡，所述第三移動(dòng)透鏡為凸面朝向物 方的彎月形負(fù)透鏡，所述第四移動(dòng)透鏡為凹面朝向物方的彎月形負(fù)透鏡。
[0006] 所述前固定鏡組由第一固定透鏡組成，所述第一固定透鏡為凸面朝向物方的彎月 形正透鏡;所述中固定鏡組由第二固定透鏡組成，所述第二固定透鏡為雙凸正透鏡;所述后 固定鏡組包括四個(gè)透鏡:第三固定透鏡、第四固定透鏡、第五固定透鏡和第六固定透鏡，其 中，第三固定透鏡為凸面朝向物方的彎月形正透鏡，第四固定透鏡為凹面朝向物方的彎月 形正透鏡，第五固定透鏡為凹面朝向物方的彎月形正透鏡，第六固定透鏡為凹面朝向物方 的彎月形正透鏡。
[0007] 所述前移動(dòng)鏡組和后移動(dòng)鏡組固聯(lián)設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)所述在光軸上做等距、等速、同向 的如后聯(lián)動(dòng)。
[0008]該連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)為:波段為7.7μπι~9.5μπι;焦距為f =33mm ~500mm;視場為20 · 62° ~1 · 38; F#S3。
[0009]所述第二固定透鏡的靠近像方的表面、第五固定透鏡的靠近物方的表面和第六固 定透鏡的靠近物方的表面為非球面。
[0010] 所述第一固定透鏡的材料為單晶鍺，第一移動(dòng)透鏡的材料為硒化鋅，第二移動(dòng)透 鏡的材料為單晶鍺，第二固定透鏡的材料為單晶鍺，第三移動(dòng)透鏡的材料為單晶鍺，第四移 動(dòng)透鏡的材料為硒化鋅，第三固定透鏡的材料為單晶鍺，第四固定透鏡的材料為單晶鍺，第 五固定透鏡的材料為單晶鍺，第六固定透鏡的材料為單晶鍺。
[0011] 所述光學(xué)系統(tǒng)在短焦時(shí)，前移動(dòng)鏡組和后移動(dòng)鏡組組成的變焦鏡組在靠近物方的 位置，在從短焦到長焦變化過程中，所述變焦鏡組向像方方向移動(dòng)。
[0012] 所述第一移動(dòng)透鏡與第一固定透鏡的間隔范圍為2~90.4mm，所述第一移動(dòng)透鏡 與第二移動(dòng)透鏡的間隔為6.78mm，所述第二移動(dòng)透鏡與第二固定透鏡之間的間隔范圍為 12.8~101mm，所述第三移動(dòng)透鏡與第二固定透鏡之間的間隔范圍為13~101.45mm，所述第 三移動(dòng)透鏡與第四移動(dòng)透鏡之間的間隔為4.58mm，所述第四移動(dòng)透鏡與第三固定透鏡之間 的間隔范圍為0.5~88.9mm。
[0013] 所述第一固定透鏡的靠近物方的表面的曲率半徑為153.84mm，第一固定透鏡的靠 近像方的表面的曲率半徑為237.06mm;第一移動(dòng)透鏡的靠近物方的表面的曲率半徑為 145.47mm，第一移動(dòng)透鏡的靠近像方的表面的曲率半徑為77.06mm;第二移動(dòng)透鏡的靠近物 方的表面的曲率半徑為-277.97mm，第二移動(dòng)透鏡的靠近像方的表面的曲率半徑為 260.06mm;第二固定透鏡的靠近物方的表面的曲率半徑為326.11_，第二固定透鏡的靠近 像方的表面的曲率半徑為-242.31mm;第三移動(dòng)透鏡的靠近物方的表面的曲率半徑為 25.09mm，第三移動(dòng)透鏡的靠近像方的表面的曲率半徑為22.01mm;第四移動(dòng)透鏡的靠近物 方的表面的曲率半徑為785.4mm，第四移動(dòng)透鏡的靠近像方的表面的曲率半徑為50.13mm; 第三固定透鏡的靠近物方的表面的曲率半徑為34.93mm，第三固定透鏡的靠近像方的表面 的曲率半徑為25.91_;第四固定透鏡的靠近物方的表面的曲率半徑為28.09_，第四固定 透鏡的靠近像方的表面的曲率半徑為155.52_;第五固定透鏡的靠近物方的表面的曲率半 徑為36.05mm，第五固定透鏡的靠近像方的表面的曲率半徑為-305.74mm;第六固定透鏡的 靠近物方的表面的曲率半徑為-166.05mm，第六固定透鏡的靠近像方的表面的曲率半徑為 123.56mm；
[0014] 所述第一固定透鏡的厚度為8.80mm，第一移動(dòng)透鏡的厚度為10mm，第二移動(dòng)透鏡 的厚度為l〇mm，第二固定透鏡的厚度為5.7392mm，第三移動(dòng)透鏡的厚度為4.71mm，第四移動(dòng) 透鏡的厚度為3mm，第三固定透鏡的厚度為3mm，第四固定透鏡的厚度為3mm，第五固定透鏡 的厚度為5.74mm，第六固定透鏡的厚度為5_。
[0015]所述第四固定透鏡與第五固定透鏡之間的光線傳播路徑上設(shè)置有第一反射鏡和 第二反射鏡，通過所述第一反射鏡和第二反射鏡使第四固定透鏡的出射光線與第五透鏡的 入射光線之間的夾角為180°。
[0016]本發(fā)明提供的光學(xué)補(bǔ)償式長波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)中，中固定鏡組的前方和后 方均設(shè)置有移動(dòng)鏡組，這兩個(gè)移動(dòng)鏡組之間的間距恒定，并且在光軸上做等速度、同方向的 前后聯(lián)動(dòng)，通過前后聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦。并且，由于兩個(gè)移動(dòng)鏡組等間距、等速度、同方向移 動(dòng)，所以，對(duì)控制精度的要求較低，在變焦過程中不會(huì)出現(xiàn)某些點(diǎn)圖像模糊的現(xiàn)象，保證了 成像的清晰和穩(wěn)定。并且，該光學(xué)系統(tǒng)焦距長，變倍比大，能夠適用于航空機(jī)載設(shè)備的遠(yuǎn)距 離目標(biāo)探測、識(shí)別。
【附圖說明】
[0017] 圖1是光學(xué)補(bǔ)償式長波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是光學(xué)系統(tǒng)在短焦下的變焦鏡組的位置圖；
[0019]圖3是光學(xué)系統(tǒng)在中焦下的變焦鏡組的位置圖；
[0020]圖4是光學(xué)系統(tǒng)在長焦下的變焦鏡組的位置圖；
[0021 ]圖5是變焦鏡組的運(yùn)動(dòng)過程示意圖；
[0022] 圖6是短焦光學(xué)系統(tǒng)場曲畸變圖；
[0023] 圖7是中焦光學(xué)系統(tǒng)場曲畸變圖；
[0024]圖8是長焦光學(xué)系統(tǒng)場曲畸變圖；
[0025]圖9是短焦光學(xué)系統(tǒng)點(diǎn)列圖；
[0026] 圖10是中焦光學(xué)系統(tǒng)點(diǎn)列圖；
[0027] 圖11是長焦光學(xué)系統(tǒng)點(diǎn)列圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0029] 本發(fā)明提供的光學(xué)補(bǔ)償式長波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)包括從物方到像方依次設(shè) 置的前固定鏡組、前移動(dòng)鏡組、中固定鏡組、后移動(dòng)鏡組和后固定鏡組。前固定鏡組、中固定 鏡組和后固定鏡組的位置恒定，前移動(dòng)鏡組和后移動(dòng)鏡組之間的間距也保持恒定。在變焦 過程中，前移動(dòng)鏡組和后移動(dòng)鏡組在光軸上做等間距、等速度、同方向的前后聯(lián)動(dòng)。
[0030] 前移動(dòng)鏡組和后移動(dòng)鏡組均由兩個(gè)透鏡組成，其中，前移動(dòng)鏡組由依次設(shè)置的第 一移動(dòng)透鏡和第二移動(dòng)透鏡組成，后移動(dòng)鏡組由依次設(shè)置的第三移動(dòng)透鏡和第四移動(dòng)透鏡 組成。
[0031]如圖1所示，該光學(xué)補(bǔ)償式長波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)包括從物方沿光線入射方 向依次為：前固定組A、移動(dòng)組B、中固定組C、移動(dòng)組D、后固定組E、后固定組G和探測器H，其 中，后固定組E和后固定組G共同構(gòu)成后固定鏡組。
[0032]該連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)為:波段為7.7μπι~9.5μπι;焦距為f =33mm ~500mm;視場為20.62°~1.38小#為3;適配像元數(shù)為320 X 256;像元尺寸為30μπι的長波制 冷探測器。
[0033] 移動(dòng)組Β和移動(dòng)組D構(gòu)成變焦鏡組，且移動(dòng)組Β和移動(dòng)組D固聯(lián)設(shè)置，即該光學(xué)系統(tǒng) 中，移動(dòng)組Β和移動(dòng)組D采用聯(lián)動(dòng)的方式，可采用普通電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，該電機(jī)安裝在鏡筒 上，通過齒輪-導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)變焦鏡組在光學(xué)系統(tǒng)光軸方向前后直線移動(dòng)，使這兩個(gè)移動(dòng)組 在光軸上一起前后移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)組Β和移動(dòng)組D在光軸上做等距、等速、同向的前后聯(lián) 動(dòng)。
[0034] 移動(dòng)組Β由依次設(shè)置的移動(dòng)組物鏡Β-1和移動(dòng)組物鏡Β-2組成，移動(dòng)組D由依次設(shè)置 的移動(dòng)組物鏡D-1和移動(dòng)組物鏡D-2組成。其中，移動(dòng)組物鏡B-1為凸面朝向物方的彎月形負(fù) 透鏡，移動(dòng)組物鏡B-2為雙凹負(fù)透鏡，移動(dòng)組物鏡D-1為凸面朝向物方的彎月形負(fù)透鏡，移動(dòng) 組物鏡D-2為凹面朝向物方的彎月形負(fù)透鏡。
[0035] 前固定組A由一個(gè)固定透鏡組成，稱為前固定組物鏡A，前固定組物鏡A為凸面朝向 物方的彎月形正透鏡；中固定組C由一個(gè)固定透鏡組成，稱為中固定組物鏡C，中固定組物鏡 C為雙凸正透鏡；后固定組E包括依次設(shè)置的后固定組物鏡E-1和后固定組物鏡E-2,其中，后 固定組物鏡E-1為凸面朝向物方的彎月形正透鏡，后固定組物鏡E-2為凹面朝向物方的彎月 形正透鏡；后固定組G包括依次設(shè)置的后固定組物鏡G-1和后固定組物鏡G-2,其中，后固定 組物鏡G-1為凹面朝向物方的彎月形正透鏡，后固定組物鏡G-2為凹面朝向物方的彎月形正 透鏡。
[0036] 由于從物方傳輸來的光線在穿過一個(gè)透鏡時(shí)，先穿過透鏡的前表面，再穿過透鏡 的后表面，所以，對(duì)于該透鏡，前表面為靠近物方的表面，后表面為靠近像方的表面。那么， 該實(shí)施例中，中固定組物鏡C的后表面(靠近像方的表面）、后固定組物鏡G-1的前表面(靠近 物方的表面)和后固定組物鏡G-2的前表面(靠近物方的表面)為非球面。
[0037] 這三個(gè)非球面采用CODE V軟件中的Asphere面型，方程為：
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