一種大變倍比折返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的大變倍比折返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，包括由物面到像面沿光軸依次設(shè)置的前固定組、變倍組、補(bǔ)償組、后固定組、中繼組和探測(cè)器，特征在于：所述變倍組由雙凹透鏡構(gòu)成，補(bǔ)償組由雙凸透鏡構(gòu)成，中繼組由反射鏡組和二次成像組構(gòu)成，反射鏡組使光線的傳播方向進(jìn)行180°轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折后的光線經(jīng)二次成像組后，匯聚于探測(cè)器的靶面上，實(shí)現(xiàn)中波紅外圖像的采集。本發(fā)明的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，一片透鏡實(shí)現(xiàn)變倍、一片透鏡實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，減少了運(yùn)動(dòng)組元、簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了鏡頭的穩(wěn)定性；通過設(shè)置使光線傳播路徑發(fā)生180°轉(zhuǎn)折的反射組，縮短了鏡頭的橫向尺寸，同時(shí)二次成像組還減小了前固定組的口徑，有利于形成具有較小尺寸的鏡頭。
【專利說明】
一種大變倍比折返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，更具體的說，尤其涉及一種大變倍比折 返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外光學(xué)系統(tǒng)具有夜間穿透能力強(qiáng)、識(shí)別偽裝能力強(qiáng)、可被動(dòng)接收紅外輻射、隱蔽 性好、不易受干擾等優(yōu)點(diǎn)，在陸、海、空等軍事領(lǐng)域的武器系統(tǒng)中展現(xiàn)出特殊的能力。隨著紅 外成像技術(shù)的發(fā)展，紅外變焦距系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于制導(dǎo)、監(jiān)控、紅外前視及目標(biāo)探測(cè)和跟蹤 等領(lǐng)域。與定焦鏡頭、分檔鏡頭相比，連續(xù)變焦鏡頭既能在大視場(chǎng)捕獲目標(biāo)，又能在發(fā)現(xiàn)目 標(biāo)后調(diào)整到小視場(chǎng)瞄準(zhǔn)跟蹤目標(biāo)。并且在焦距和視場(chǎng)轉(zhuǎn)換過程中，可保持對(duì)所觀測(cè)目標(biāo)在 探測(cè)器靶面上所成像的連續(xù)性，這利于對(duì)高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的搜索和跟蹤，解決了分檔變焦鏡 頭在視場(chǎng)切換時(shí)易造成尚速目標(biāo)丟失的缺陷。
[0003] 與非制冷探測(cè)器相比，制冷型探測(cè)器靈敏度高，更容易滿足軍事領(lǐng)域?qū)t外探測(cè) 系統(tǒng)遠(yuǎn)作用距離、高溫度分辨率、高空間分辨率的要求。故在軍事領(lǐng)域、紅外成像系統(tǒng)普遍 采用制冷型探測(cè)器，但是目前搭配制冷型探測(cè)器設(shè)計(jì)的紅外變焦鏡頭存在一些缺點(diǎn)，如加 工成本高、技術(shù)難度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、變倍比小、成像質(zhì)量差等。例如專利號(hào)201310310772.0的 發(fā)明專利文件，公開了一種高變倍比中波紅外連續(xù)變焦系統(tǒng)，系統(tǒng)使用雙組聯(lián)動(dòng)的變倍補(bǔ) 償結(jié)構(gòu)，且在硅材料上添加了非球面，應(yīng)用到產(chǎn)品上結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在硅材料上加工非球面難度 尚，不易實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點(diǎn)，提供了一種大變倍比折返式中波紅外連續(xù) 變焦鏡頭。
[0005] 本發(fā)明的大變倍比折返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，包括由物面到像面沿光軸依次 設(shè)置的前固定組、變倍組、補(bǔ)償組、后固定組、中繼組和探測(cè)器，入射到前固定組的光線，經(jīng) 過變倍組和補(bǔ)償組的變倍、補(bǔ)償后，得到的光線再經(jīng)后固定組和中繼組成像到探測(cè)器的靶 面上；其特征在于:所述變倍組由雙凹透鏡構(gòu)成，補(bǔ)償組由雙凸透鏡構(gòu)成，通過驅(qū)使雙凹透 鏡、雙凸透鏡的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)鏡頭的連續(xù)變焦，以獲取不同視場(chǎng)下的圖像;所述中繼組由反射鏡 組和二次成像組構(gòu)成，反射鏡組使光線的傳播方向進(jìn)行180°轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折后的光線經(jīng)二次成 像組后，匯聚于探測(cè)器的靶面上，實(shí)現(xiàn)中波紅外圖像的采集。
[0006] 本發(fā)明的大變倍比折返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，所述前固定組由第一正彎月透 鏡構(gòu)成，后固定組由沿光線射入方向依次分布的第一負(fù)彎月透鏡、第二正彎月透鏡和第三 正彎月透鏡組成;所述反射組由反射面相對(duì)設(shè)置的第一反射鏡和第二反射鏡組成，第一反 射鏡、第二反射鏡與光軸均成45°夾角;所述二次成像組由第四正彎月透鏡和第二負(fù)彎月透 鏡組成。
[0007] 本發(fā)明的大變倍比折返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，所述第一正彎月透鏡、雙凹透 鏡、雙凸透鏡、第一負(fù)彎月透鏡、第二正彎月透鏡、第三正彎月透鏡、第四正彎月透鏡、第二 負(fù)彎月透鏡的光焦度分別為正、負(fù)、正、正、正、正、正、負(fù)，材料分別為硅、鍺、鍺、鍺、硅、鍺、 娃、鍺； 第一正彎月透鏡、雙凹透鏡、雙凸透鏡、第一負(fù)彎月透鏡、第二正彎月透鏡、第三正彎月 透鏡、第四正彎月透鏡、第二負(fù)彎月透鏡上沿物面至相面方向上的曲面分別標(biāo)記為S1、S2、 33、34、35、36、37、38、39、310、311、312、315、316、317、318，第一反射鏡和第二反射鏡的反射 面分別標(biāo)記為S13、S14;雙凹透鏡的前表面S3、第一負(fù)彎月透鏡的前表面S7、第二負(fù)彎月透 鏡的前表面S17的曲面均為偶次非球面，且非球面S3、S17的曲面上還加工二元衍射面。
[0008] 本發(fā)明的大變倍比折返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，所述第一正彎月透鏡、雙凹透 鏡、雙凸透鏡、第一負(fù)彎月透鏡、第二正彎月透鏡、第三正彎月透鏡、第四正彎月透鏡、第二 負(fù)彎月透鏡的反射面上均鍍有增透膜，第一反射鏡和第二反射鏡的表面均鍍有增反膜。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，變倍組、補(bǔ)償組分別通過 雙凹透鏡、雙凸透鏡來構(gòu)成，使得一片透鏡實(shí)現(xiàn)變倍、一片透鏡實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，減少了運(yùn)動(dòng)組元、 簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了鏡頭的穩(wěn)定性;通過設(shè)置使光線傳播路徑發(fā)生180°轉(zhuǎn)折的反射組， 轉(zhuǎn)折后的光線再經(jīng)二次成像組后成像，有效地縮短了鏡頭的橫向尺寸，同時(shí)還減小了前固 定組的口徑，有利于形成具有較小尺寸的鏡頭。
[00? 0]本發(fā)明的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，可實(shí)現(xiàn)較大焦距(如20mm~300mm)的連續(xù)變焦， 在短焦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、長(zhǎng)焦識(shí)別目標(biāo)，且在變焦過程中不會(huì)丟失目標(biāo)。通過將多個(gè)透鏡的曲面設(shè) 計(jì)為偶次非球面和二元衍射面，使像差得到很好的校正，成像質(zhì)量好。通過鏡片材料的非球 面的合理搭配，降低了成本。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的連續(xù)變焦鏡頭在焦距為300mm處的光學(xué)系統(tǒng)圖； 圖2為本發(fā)明的連續(xù)變焦鏡頭在焦距為78mm處的光學(xué)系統(tǒng)圖； 圖3為本發(fā)明的連續(xù)變焦鏡頭在焦距為20mm處的光學(xué)系統(tǒng)圖； 圖4為本發(fā)明在焦距300mm處，空間頻率為301p/mm的MTF曲線圖； 圖5為本發(fā)明在焦距78mm處，空間頻率為301p/mm的MTF曲線圖； 圖6為本發(fā)明在焦距20mm處，空間頻率為301p/mm的MTF曲線圖； 圖7為本發(fā)明在焦距300mm處的光斑圖； 圖8為本發(fā)明在焦距78mm處的光斑圖； 圖9為本發(fā)明在焦距20mm處的光斑圖。
[0012] 圖中：1第一正彎月透鏡，2雙凹透鏡，3雙凸透鏡，4第一負(fù)彎月透鏡，5第二正彎月 透鏡，6第三正彎月透鏡，7第一反射鏡，8第二反射鏡，9第四正彎月透鏡，10第二負(fù)彎月透 鏡，11探測(cè)器。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014] 如圖1、圖2和圖3所示，給出了本發(fā)明的連續(xù)變焦鏡頭在焦距為300mm、78mm、20mm 處的光學(xué)系統(tǒng)圖，其由從物方到像方沿光軸依次分布的前固定組、變倍組、補(bǔ)償組、后固定 組、中繼組和探測(cè)器11組成，前固定組由第一正彎月透鏡1構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)對(duì)射入光線的匯聚 作用。變倍組由雙凹透鏡2構(gòu)成，補(bǔ)償組由雙凸透鏡3組成，通過雙凹透鏡2的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)鏡頭 的變焦，雙凹透鏡3配合移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，以獲取清晰的紅外圖像。由于變倍、補(bǔ)償均通過一片 透鏡來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)元件少，簡(jiǎn)化了整個(gè)鏡頭的結(jié)構(gòu)，有利于實(shí)現(xiàn)成像的穩(wěn)定性。
[0015] 所示的后固定組由沿光線射入方向依次分布的第一負(fù)彎月透鏡4、第二正彎月透 鏡5和第三正彎月透鏡6構(gòu)成；中繼組由反射鏡組和二次成像組構(gòu)成，反射鏡組由第一反射 鏡7、第二反射鏡8構(gòu)成，第一反射鏡7與第二反射鏡8以反射面相對(duì)的形式布置，且第一反射 鏡7和第二反射鏡8與鏡頭光軸的夾角均為45°，這就使得由后固定組射出的光線依次經(jīng)第 一反射鏡7、第二反射鏡8的反射后，光線的傳播方向發(fā)生了 180°改變。
[0016] 二次成像組由沿光線傳播方向依次設(shè)置的第四正彎月透鏡9和第二負(fù)彎月透鏡10 構(gòu)成，二次成像組射出的光線匯聚于探測(cè)器11的焦平面上，實(shí)現(xiàn)中波紅外成像。由于設(shè)置了 由第一、第二反射鏡構(gòu)成的反射鏡組，在保證光線傳播路徑的同時(shí)，縮短了鏡頭的橫向長(zhǎng) 度，以及前固定組的口徑，易于形成具有較小尺寸的鏡頭。
[0017] 所示的第一正彎月透鏡1、雙凹透鏡2、雙凸透鏡3、第一負(fù)彎月透鏡4、第二正彎月 透鏡5、第三正彎月透鏡6、第四正彎月透鏡9、第二負(fù)彎月透鏡10的光焦度分別為正、負(fù)、正、 正、正、正、正、負(fù)，材料分別為娃、鍺、鍺、鍺、娃、鍺、娃、鍺。
[0018] 第一正彎月透鏡1、雙凹透鏡2、雙凸透鏡3、第一負(fù)彎月透鏡4、第二正彎月透鏡5、 第三正彎月透鏡6、第四正彎月透鏡9、第二負(fù)彎月透鏡10上沿物面至相面方向上的曲面分 別標(biāo)記為 31、52、53、54、55、56、57、58、59、510、511、512、515、516、517、518，第一反射鏡7和 第二反射鏡8的反射面分別標(biāo)記為S13、S14;雙凹透鏡2的前表面S3、第一負(fù)彎月透鏡4的前 表面S7、第二負(fù)彎月透鏡10的前表面S17的曲面均為偶次非球面，且非球面S3、S17的曲面上 還加工二元衍射面。
[0019] 這樣，由于雙凹透鏡2、第一負(fù)彎月透鏡4、第二負(fù)彎月透鏡10均為鍺材料，則鍺材 質(zhì)的透鏡上加工偶次非球面和二元衍射面，考慮到硅材料上加工非球面易磨損車刀，難以 實(shí)現(xiàn)，所有非球面均加工在小尺寸的鍺透鏡上，保證加工精度的同時(shí)又降低了成本。
[0020] 所示的第一正彎月透鏡1、雙凹透鏡2、雙凸透鏡3、第一負(fù)彎月透鏡4、第二正彎月 透鏡5、第三正彎月透鏡6、第四正彎月透鏡9、第二負(fù)彎月透鏡10的表面均鍍有增透膜，第一 反射鏡7和第二反射鏡8的反射面上均鍍有增反膜。
[0021] 如表1所示，給出了本發(fā)明的鏡頭在焦距300mm、152111111、78111111、4〇111111、2〇111111的光學(xué)結(jié) 構(gòu)參數(shù)。本發(fā)明的鏡頭在變焦過程中，第一正彎月透鏡1的后表面S2與雙凹透鏡2的前表面 S3之間的距離為Z1、雙凹透鏡2的后表面S4與雙凸透鏡3的前表面S5之間的距離為Z2、雙凸 透鏡的后表面S6與第二正彎月透鏡4的前表面S7之間的距離為Z3。
[0022] 表 1
在焦距分別為300mm、152臟、78111111、4〇111111、2〇111111情況下21、22與23的取值如表2所示。 [0023]表 2
由此可見，鏡頭在變焦的過程中，Z1、Z2、Z3是連續(xù)變化的。
[0024] 圖4、圖5、圖6分別是焦距為長(zhǎng)焦300mm、中焦78mm、短焦20mm時(shí)，空間頻率為301p/ mm處光學(xué)傳遞函數(shù)(MTF)曲線圖，橫坐標(biāo)為每毫米線對(duì)數(shù)，縱坐標(biāo)為歸一化對(duì)比度，每幅圖 中均有6條曲線，其分別為衍射極限、中心視場(chǎng)、0.707視場(chǎng)與邊緣視場(chǎng)的子午方向和弧矢方 向的分辨率與空間頻率的關(guān)系。由圖可知在不同焦距處，不同視場(chǎng)在301p/mm的對(duì)比度均大 于0 · 4〇
[0025]圖7、圖8、圖9分別是焦距為長(zhǎng)焦300mm、中焦78mm、短焦20mm的光斑圖，給出了三個(gè) 視場(chǎng)的光斑，RMS RADIUS為均方根半徑，GEO RADIUS為幾何半徑，值越小成像質(zhì)量越好。
[0026] 由圖4至圖9可以得出，本發(fā)明大變倍比折反式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭具有很好的 成像效果，可搭配320 X 256或640 X 512中波紅外制冷探測(cè)器。
[0027] 以上為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但不限于上述實(shí)例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大變倍比折返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，包括由物面到像面沿光軸依次設(shè)置的 前固定組、變倍組、補(bǔ)償組、后固定組、中繼組和探測(cè)器（11)，入射到前固定組的光線，經(jīng)過 變倍組和補(bǔ)償組的變倍、補(bǔ)償后，得到的光線再經(jīng)后固定組和中繼組成像到探測(cè)器的靶面 上;其特征在于:所述變倍組由雙凹透鏡（2)構(gòu)成，補(bǔ)償組由雙凸透鏡（3)構(gòu)成，通過驅(qū)使雙 凹透鏡、雙凸透鏡的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)鏡頭的連續(xù)變焦，以獲取不同視場(chǎng)下的圖像;所述中繼組由反 射鏡組和二次成像組構(gòu)成，反射鏡組使光線的傳播方向進(jìn)行180°轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折后的光線經(jīng)二 次成像組后，匯聚于探測(cè)器的靶面上，實(shí)現(xiàn)中波紅外圖像的采集。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變倍比折返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于:所述前 固定組由第一正彎月透鏡（1)構(gòu)成，后固定組由沿光線射入方向依次分布的第一負(fù)彎月透 鏡(4)、第二正彎月透鏡(5)和第三正彎月透鏡(6)組成;所述反射組由反射面相對(duì)設(shè)置的第 一反射鏡(7)和第二反射鏡(8)組成，第一反射鏡、第二反射鏡與光軸均成45°夾角;所述二 次成像組由第四正彎月透鏡(9)和第二負(fù)彎月透鏡(10)組成。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大變倍比折返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于:所述第 一正彎月透鏡（1)、雙凹透鏡（2)、雙凸透鏡（3)、第一負(fù)彎月透鏡(4)、第二正彎月透鏡(5)、 第三正彎月透鏡(6)、第四正彎月透鏡(9)、第二負(fù)彎月透鏡（10)的光焦度分別為正、負(fù)、正、 正、正、正、正、負(fù)，材料分別為娃、鍺、鍺、鍺、娃、鍺、娃、鍺； 第一正彎月透鏡、雙凹透鏡、雙凸透鏡、第一負(fù)彎月透鏡、第二正彎月透鏡、第三正彎月 透鏡、第四正彎月透鏡、第二負(fù)彎月透鏡上沿物面至相面方向上的曲面分別標(biāo)記為S1、S2、 33、34、35、36、37、38、39、310、311、312、315、316、317、318，第一反射鏡(7)和第二反射鏡(8) 的反射面分別標(biāo)記為S13、S14;雙凹透鏡的前表面S3、第一負(fù)彎月透鏡的前表面S7、第二負(fù) 彎月透鏡的前表面S17的曲面均為偶次非球面，且非球面S3、S17的曲面上還加工二元衍射 面。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的大變倍比折返式中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于:所 述第一正彎月透鏡（1)、雙凹透鏡（2)、雙凸透鏡(3)、第一負(fù)彎月透鏡(4)、第二正彎月透鏡 (5)、第三正彎月透鏡(6)、第四正彎月透鏡(9)、第二負(fù)彎月透鏡（10)的反射面上均鍍有增 透膜，第一反射鏡(7)和第二反射鏡(8)的表面均鍍有增反膜。
【文檔編號(hào)】G02B15/173GK105974566SQ201610566758
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月19日
【發(fā)明人】徐仰惠, 劉濤, 馬興才, 董術(shù)永, 孫大江
【申請(qǐng)人】山東神戎電子股份有限公司