一种无热化的可见光变焦镜头制造技术

本发明专利技术提出一种无热化的可见光变焦镜头，依次由胶合透镜组I、透镜I、胶合透镜组II、胶合透镜组III、透镜II和透镜III，胶合透镜组和透镜采用铝合金镜筒联结。本发明专利技术通过采用被动无热化设计、变焦距光学设计及合理匹配透镜的材料、半径、距离和厚度参数，使镜头既能实现焦距从20mm到80mm之间变化又能在-40℃～60℃温度范围内实现被动无热化，省却了测温调焦机构，提高了系统可靠性。另外本发明专利技术通过采用被动无热化设计、变焦距设计技术及合理匹配透镜的材料、半径、距离和厚度参数，还减小了像差(球差、彗差、象散、场曲、色差及畸变)，提高了镜头光学传递函数，使得镜头可以在-40℃～60℃温度范围内对景物进行变焦距成像。该镜头用于远距离可见光景物的摄取。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可见光变焦成像光学系统，具体涉及一种无热化的可见光变焦镜头，属于光学系统设计

技术介绍
光学材料的折射率值随着环境温度变化而变化，同时镜筒材料也会随着温度变化而发生热胀冷缩现象。当环境温度大幅变化时，如100°c温度范围，光学镜头的像面将发生离焦现象，成像探测器将无法获得满足要求的图像。变焦光学镜头是指光学镜头的焦距在一定范围内进行变化时，镜头的焦平面位置保持不变同时在变焦过程中成像始终保持清晰。如果想拓宽可见光变焦镜头的使用温度范围，就必须消除温度的影响，同时对镜头进行变焦光学设计。常用的消除温度影响的方法是主动无热化设计方法，即在光学系统中外加测温反馈系统及机械调焦等机构，使探测器光敏面总是工作在相应温度的最佳成像面。这种方法使整个系统的体积和复杂性变大，整个系统的可靠性下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供一种无需外加测温反馈系统和机械调焦机构的被动无热化可见光变焦镜头。本专利技术的技术解决方案一种无热化的可见光变焦镜头，从外而内依次由胶合透镜组I、透镜I、胶合透镜组II、胶合透镜组III、透镜II和透镜III，胶合透镜组和透镜采用铝合金镜筒联结，其中所述的胶合透镜组I由两片透镜通过光敏胶粘合而成，从外而内形成外侧表面、粘合表面和内侧表面，三个表面半径依次为70mm 71mm、49mm 50mm和114mm 155mm,外侧透镜和内侧透镜的中心厚度分别为2mm 3mm和4mm 5mm，粘合表面为同心球面，三个表面的表面通光口径为Φ 35mm，表面通光口径的误差为士20% ；所述的透镜I外侧表面和内侧表面的表面半径分别为56mm 58mm和104mm 105mm，厚度为4. Imm 4. 6mm，外侧表面和内侧表面的表面通光口径分别为Φ 34mm和 Φ 32mm，表面通光口径的误差为士 20% ；所述的胶合透镜组II由两片透镜通过光敏胶粘合而成，从外而内形成外侧表面、 粘合表面和内侧表面，三个表面半径范围依次为46mm 47mm、18mm 19mm和13mm 14mm， 外侧透镜和内侧透镜的中心厚度分别为2mm 3mm和5mm 6mm，粘合表面为同心球面，外侧表面、粘合表面和内侧表面的表面通光口径分别为Φ 14. 5mm、Φ 14mm和Φ 13. 3mm，表面通光口径的误差为士20% ；所述的胶合透镜组III由两片透镜通过光敏胶粘合而成，从外而内形成外侧表面、粘合表面和内侧表面，三个表面半径范围依次为^mm 30mm、14mm 16mm和250mm 251mm，外侧透镜和内侧透镜的中心厚度分别为5mm 6mm和3mm 4mm，粘合表面为同心球面，外侧表面、粘合表面和内侧表面的表面通光口径分别为Φ 13mm、Φ 12. 5mm和Φ12πιπι，表面通光口径的误差为士20% ；所述的透镜II外侧表面和内侧表面的表面半径分别为12mm 13mm和IOmm 11mm，厚度为3. Imm 4. 1mm，外侧表面和内侧表面的表面通光口径分别为Φ Ilmm和 Φ 9mm，表面通光口径的误差为士20% ；所述的透镜III外侧表面和内侧表面的表面半径分别为17mm 18mm和^mm 30mm，厚度范围为4. Imm 5. 1mm，外侧表面和内侧表面的表面通光口径分别为Φ 9mm和 Φ 10mm，表面通光口径的误差为士20%。所述的胶合透镜组I的外侧透镜和内侧透镜的光学材料分别为ZF4和Π(2光学玻璃，透镜I和透镜III)的光学材料为LAK2光学玻璃，胶合透镜组II的外侧透镜和内侧透镜的光学材料分别为ZKl和ZF6光学玻璃，胶合透镜组III的外侧透镜和内侧透镜的光学材料分别为Κ9和ZF4光学玻璃，透镜II的光学材料为ZF6光学玻璃。所述的胶合透镜组I与透镜I之间的距离为0. 7mm 2. Imm,透镜I与胶合透镜组 II之间的距离为7mm 45mm，胶合透镜组II与胶合透镜组III之间的距离为2mm 67mm， 胶合透镜组III与透镜II之间的距离为0. 6mm 1. 5mm，透镜II与透镜III之间的距离为 3mm 25mm。本专利技术与现有技术相比的有益效果(1)本专利技术采用被动无热化设计与变焦距光学设计相结合，再合理匹配透镜的材料、半径、距离和厚度参数，使镜头既能实现焦距从20mm到80mm之间变化又能在_40°C 60°C温度范围内实现被动无热化，省却了测温调焦机构，提高了系统可靠性；(2)本专利技术减小了像差(球差、彗差、象散、场曲、色差及畸变)，提高了镜头光学传递函数，使得镜头可以在-40°C 60°C温度范围内对景物进行变焦距成像。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术具体实例在_40°C下焦距为80mm时的光学传递函数图；图3为本专利技术具体实例在20°C下焦距为80mm时的光学传递函数图；图4为本专利技术具体实例在60°C下焦距为80mm时的光学传递函数图。具体实施例方式本专利技术结合了被动无热化设计方法和变焦光学设计方法。被动无热化设计方法就是不外加任何调焦机构，只依靠光学自身成像原理和光学材料及机械结构材料的热特性匹配来消除温度影响实现无热化的设计方法。变焦距光学设计方法即通过光学系统中变倍透镜组和补偿透镜组间的非相关移动实现像面的完全补偿，实现焦距变化时候，光学系统成像质量保持不变。本专利技术采用的被动无热化设计方法是不外加任何调焦机构，只依靠光学自身成像原理和光学材料及机械结构材料的热特性匹配来消除温度影响实现无热化的设计方法。本专利技术在设计过程中选取温度状态(_40°C 60°C温度范围内)和焦距变化状态(20mm到 80mm)组合起来对应变焦位置，按照光学材料的折射率、透镜的半径、厚度和透镜之间的空气间隔随温度变化的规律，建立变焦位置的联系，对同一光学系统在不同温度状态和焦距状态下同时优化，找出兼顾温度状态和焦距状态的光学系统，通过大量试验和理论分析，得出的本专利技术可在-40°C 60°C温度范围内、在20mm到80mm连续变焦时均可得到良好的像质。本专利技术通过使用被动无热化设计方法和变焦距设计方法，使镜头的9片透镜材料的热特性和机械结构件热特性得到合理匹配，温度变化时，它们之间的作用总是相互抵消， 像面的位置总是保持在常温时的位置。本专利技术通过非相关性移动胶合透镜组II 3、胶合透镜组III 4和透镜II 5，调整透镜I 2和胶合透镜组II 3之间的距离、胶合透镜组II 3和胶合透镜组III 4之间的距离、透镜II 5和透镜III 6之间的距离，实现镜头在连续变焦时均可得到良好的像质。本专利技术可实现的技术性能为使用温度范围-40°C 60°C，焦距范围20mm 80mm，视场2. 2° 8. 8°，工作波段0. 4 μ m 1. 1 μ m，单调线性相对畸变< 2%，相对孔径彡1/4. 5，后工作距27mm。下面结合附图和最佳实例对本专利技术进行详细描述。本专利技术如图1所示，从外而内依次由胶合透镜组I 1、透镜I 2、胶合透镜组II 3、 胶合透镜组III 4、透镜II 5和透镜III 6，胶合透镜组和透镜采用铝合金镜筒联结。其中胶合透镜组I 1由两片透镜通过光敏胶粘合而成，从外而内形成外侧表面、 粘合表面和内侧表面，三个表面半径依次为70. 8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王加朋，孙红胜，张玉国，任小婉，
申请(专利权)人：北京振兴计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：