红外连续变焦无热化方法及红外连续变焦系统技术方案

本发明专利技术提出了一种红外连续变焦无热化方法及红外连续变焦系统。该方法包括：从物方至像方依次设置前固定组、变焦组、补偿组和后固定组，前固定组用于会聚收光；变焦组用于改变变焦镜头的焦距；补偿组用于补偿变焦镜头在变焦过程中像面位置的偏移，前固定组、变焦组和补充组用于将物方的景物会聚成一次成像；后固定组用于将一次成像会聚为二次成像，变焦组和补偿组符合局部无热化设计要求；当环境温度自初始温度变化Δt时，将变焦组和补偿组的初始位置相对于前固定组的位置沿光轴分别平移-γ·f·Δt，γ是前固定组的光学材料的热差系数，f是前固定组在初始温度的有效焦距。环境温度变化时得到清晰的成像质量，变焦机构控制操作简单。

【技术实现步骤摘要】
红外连续变焦无热化方法及红外连续变焦系统
本专利技术涉及红外成像
，尤其涉及一种红外连续变焦无热化方法。此外，本专利技术还涉及一种红外连续变焦系统。
技术介绍
光学仪器的使用过程中，若环境温度变化较大，对于红外光学系统来说，红外光学材料的温度折射率系数远大于可见光材料，因此红外光学材料的性能受温度影响较大。当环境温度发生变化时，红外光学镜头产生热离焦，由此导致像质降低。尤其在红外连续变焦镜头中，要求每个变焦位置都能清晰地成像，但是环境温度变化会导致每个变焦位置的离焦量不尽相同，并且难以补偿。另外，环境温度变化也会导致变焦曲线不再适用，因此大多连续变焦系统在不同的环境温度时采用对应的变焦曲线，由此在不同的采样温度中使用不同的变焦曲线，但是，由于高斯关系已被破坏，这在一定程度上需要牺牲部分成像质量。采样温度点的数量越少，成像质量的妥协越多，成像质量越差，采样温度点越多，需要采用的变焦曲线的数量越多，使得变焦机构的控制越复杂，调机越繁琐，不利于连续变焦系统工程化的实现。因此，需要一种红外连续变焦无热化方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种红外连续变焦无热化方法。采用这种红外连续变焦无热化方法可以在不同的采样温度下得到清晰的成像质量，并且实现变焦机构的控制操作简单，利于实现红外连续变焦系统的工程化。本专利技术采用的技术方案是：一种红外连续变焦无热化方法，其包括以下步骤：设置红外连续变焦镜头的步骤：从物方至像方依次设置前固定组、变焦组、补偿组和后固定组，其中，所述前固定组用于会聚收光；所述变焦组用于改变变焦镜头的焦距；所述补偿组用于补偿所述变焦镜头在变焦过程中像面位置的偏移，并且所述前固定组、所述变焦组和所述补偿组用于将物方的景物会聚成一次成像；所述后固定组用于将所述一次成像会聚为二次成像，并且所述变焦组和所述补偿组符合局部无热化设计的要求；温度补偿步骤：当环境温度自初始温度变化Δt时，将所述变焦组和所述补偿组的初始位置相对于所述前固定组的位置沿光轴分别平移-γ·f·Δt，其中，γ是所述前固定组的光学材料的热差系数，f是所述前固定组在所述初始温度的有效焦距。优选地，所述红外连续变焦镜头包括由两种以上红外光学材料制成的透镜。优选地，所述变焦组和所述补偿组采用的红外光学材料为硒化锌ZnSe或者硫化锌ZnS。优选地，所述前固定组、所述变焦组、所述补偿组或者所述后固定组包括具有负色散特性的透镜。此外，本专利技术还提供了一种红外变焦系统，其包括：红外连续变焦镜头，包括从物方至像方依次设置的前固定组、变焦组、补偿组和后固定组，其中：所述前固定组用于会聚收光；所述变焦组用于改变变焦镜头的焦距；所述补偿组用于补偿所述变焦镜头在变焦过程中像面位置的偏移，并且所述前固定组、所述变焦组和所述补偿组用于将物方的景物会聚成一次成像；所述后固定组用于将所述一次成像会聚为二次成像，并且所述变焦组和所述补偿组符合局部无热化设计的要求；变焦机构：当环境温度自初始温度变化Δt时，所述变焦机构驱动所述变焦组和所述补偿组的初始位置相对于所述前固定组的位置沿光轴分别平移-γ·f·Δt，其中，γ是所述前固定组的光学材料的热差系数，f是所述前固定组在所述初始温度的有效焦距。优选地，所述红外连续变焦镜头包括由两种以上红外光学材料制成的透镜。优选地，所述变焦组和所述补偿组采用的红外光学材料为硒化锌ZnSe或者硫化锌ZnS。优选地，所述前固定组、所述变焦组、所述补偿组或者所述后固定组包括具有负色散特性的透镜。需要说明的是，本专利技术中的变焦组和补偿组的初始位置相对于前固定组的位置沿光轴分别平移-γ·f·Δt，具体地，朝向前固定组的移动量为正，远离前固定组的移动量为负。采用上述技术方案，本专利技术至少具有下列优点：本专利技术的红外连续变焦无热化方法可以使得红外变焦系统在环境温度变化范围内执行变焦过程中，变焦组和补偿组沿光轴一并平移-γ·f·Δt后，实现变焦组和补偿组仅采用一组变焦曲线就可以在环境温度变化范围内的变焦过程中成像清晰，降低了机电控制的复杂性，提升红外变焦系统的工程化水平。附图说明图1为本专利技术第一个实施例的红外连续变焦无热化方法的示意图；图2为本专利技术第二个实施例的红外变焦系统中红外连续变焦镜头的示意图；图3为本专利技术第三个实施例的红外连续变焦无热化方法中将变焦组和补偿组沿光轴一并平移的变焦曲线的示意图；图4为本专利技术的红外变焦系统的焦距为长焦300mm时处于-40℃的环境温度下的MTF函数图；图5为本专利技术的红外变焦系统的焦距为中焦86.6mm时处于-40℃的环境温度下的MTF函数图；图6为本专利技术的红外变焦系统的焦距为短焦25mm时处于-40℃的环境温度下的MTF函数图；图7为本专利技术的红外变焦系统的焦距为长焦300mm时处于20℃的环境温度下的MTF函数图；图8为本专利技术的红外变焦系统的焦距为长焦86.6mm时处于20℃的环境温度下的MTF函数图；图9为本专利技术的红外变焦系统的焦距为长焦25mm时处于20℃的环境温度下的MTF函数图；图10为本专利技术的红外变焦系统的焦距为短焦300mm时处于55℃的环境温度下的MTF函数图；图11为本专利技术的红外变焦系统的焦距为长焦86.6mm时处于55℃的环境温度下的MTF函数图；图12为本专利技术的红外变焦系统的焦距为长焦25mm时处于55℃的环境温度下的MTF函数图。1-第一正光焦度透镜；2-第一负光焦度透镜；3-第二负光焦度透镜；4-第二正光焦度透镜；5-第三正光焦度透镜；6-第四正光焦度透镜；7-探测器；10-变焦组移动曲线；11-补偿组移动曲线。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本专利技术进行详细说明如后。参见图1所示，本专利技术第一实施例中提供的红外连续变焦无热化方法包括设置红外连续变焦镜头的步骤和温度补偿步骤。下面将详细地描述本专利技术的红外连续变焦无热化方法及其各个步骤。其中，在设置红外连续变焦镜头的步骤中：从物方至像方依次设置前固定组、变焦组、补偿组和后固定组，其中，前固定组用于会聚收光；变焦组用于改变变焦镜头的焦距；补偿组用于补偿变焦镜头在变焦过程中像面位置的偏移，并且所述前固定组、所述变焦组和所述补偿组用于将物方的景物会聚成一次成像；后固定组用于将一次成像会聚为二次成像，并且变焦组和补偿组符合局部无热化设计的要求。局部无热化设计可以采用现有技术中所公开的局部无热化设计方法，在本专利技术中可以合理分配光焦度，降低变焦组和补偿组的温度特性，使得变焦组和补偿组的光焦度和剩余色差随温度发生的变化降低到可忽略的水平。温度补偿步骤：当环境温度自初始温度变化Δt时，将变焦组和补偿组的初始位置相对于前固定组的位置沿光轴分别平移-γ·f·Δt，其中，γ是前固定组的光学材料的热差系数，f是前固定组在初始温度的有效焦距。当环境温度发生变化时，变焦组和补偿组首先沿光轴平移以补偿环境温度变化所引起的前固定组的离焦量，由此，在变焦过程中，变焦组和补偿组的变焦曲线保持不变，降低了变焦控制机构的复杂性。从而补偿前固定组的离焦量就可以补偿变焦组和补偿组作为一个整体与前固定组的高斯关系。具体地，前固定组随环境温度变化的离焦量为：Δd＝-γ·f·Δt，式中，f是前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外连续变焦无热化方法，其特征在于，包括以下步骤：设置红外连续变焦镜头的步骤：从物方至像方依次设置前固定组、变焦组、补偿组和后固定组，其中，所述前固定组用于会聚收光；所述变焦组用于改变变焦镜头的焦距；所述补偿组用于补偿所述变焦镜头在变焦过程中像面位置的偏移，并且所述前固定组、所述变焦组和所述补偿组用于将物方的景物会聚成一次成像；所述后固定组用于将所述一次成像会聚为二次成像，并且所述变焦组和所述补偿组符合局部无热化设计的要求；温度补偿步骤：当环境温度自初始温度变化Δt时，将所述变焦组和所述补偿组的初始位置相对于所述前固定组的位置沿光轴分别平移‑γ·f·Δt，其中，γ是所述前固定组的光学材料的热差系数，f是所述前固定组在所述初始温度的有效焦距。

【技术特征摘要】
1.一种红外连续变焦无热化方法，其特征在于，包括以下步骤：设置红外连续变焦镜头的步骤：从物方至像方依次设置前固定组、变焦组、补偿组和后固定组，其中，所述前固定组用于会聚收光；所述变焦组用于改变变焦镜头的焦距；所述补偿组用于补偿所述变焦镜头在变焦过程中像面位置的偏移，并且所述前固定组、所述变焦组和所述补偿组用于将物方的景物会聚成一次成像；所述后固定组用于将所述一次成像会聚为二次成像，并且所述变焦组和所述补偿组符合局部无热化设计的要求；温度补偿步骤：当环境温度自初始温度变化Δt时，将所述变焦组和所述补偿组的初始位置相对于所述前固定组的位置沿光轴分别平移-γ·f·Δt，其中，γ是所述前固定组的光学材料的热差系数，f是所述前固定组在所述初始温度的有效焦距。2.根据权利要求1所述的红外连续变焦无热化方法，其特征在于，所述红外连续变焦镜头包括由两种以上红外光学材料制成的透镜。3.根据权利要求2所述的红外连续变焦无热化方法，其特征在于，所述变焦组和所述补偿组采用的红外光学材料为硒化锌ZnSe或者硫化锌ZnS。4.根据权利要求2所述的红外连续变焦无热化方法，其特征在于，所述前固定组、所述变焦组、所述补偿组或者所述后固定组包括具有负色...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴德，李荣刚，彭晴晴，杨加强，孙昌峰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11