一种短波红外连续变焦镜头制造技术

本发明专利技术涉及短波红外成像技术领域，针对现有连续变焦系统在环境温度发生变化时，变焦过程中只在某个焦距位置时图像清晰，其余焦距位置图像模糊甚至不能成像，易造成目标丢失的问题，提供一种短波红外连续变焦镜头。镜头包括前固定组、变倍组、孔径光阑、补偿组以及后固定组；前固定组自左向右依次为第一负透镜、第一双凸正透镜和第一弯月形正透镜；变倍组自左向右依次为第一双胶合透镜和第二双凹负透镜；补偿组自左向右依次为第二双凸正透镜和第二双胶合透镜；后固定组自左向右依次为第三双凹负透镜、第三弯月形正透镜、第三负透镜和第四双凸正透镜；前固定组根据环境温度沿光轴方向左右移动；变倍组与补偿组沿光轴方向左右移动。

A Short Wave Infrared Continuous Zoom Lens

The invention relates to the technical field of short-wave infrared imaging. Aiming at the problem that the existing continuous zoom system has clear image only at a certain focal position in the zoom process when the ambient temperature changes, the image of other focal positions is blurred or even can not be imaged, which can easily cause target loss, a short-wave infrared continuous zoom lens is provided. Lens include front fixed group, zoom group, aperture diaphragm, compensation group and rear fixed group; front fixed group is the first negative lens, the first double convex positive lens and the first meniscus positive lens from left to right; zoom group is the first double cemented lens and the second double concave negative lens from left to right; compensation group is the second double convex positive lens and the second double cemented lens from left to right; rear fixed group is the second double convex positive lens. From left to right, the third double concave negative lens, the third meniscus positive lens, the third negative lens and the fourth double convex positive lens are arranged in turn; the front fixed group moves left and right along the optical axis according to the ambient temperature; the doubling group and the compensation group move left and right along the optical axis.

【技术实现步骤摘要】
一种短波红外连续变焦镜头
本专利技术涉及短波红外成像
，具体涉及一种短波红外连续变焦镜头。
技术介绍
短波红外波段(0.9～1.7μm)的光能量在能见度较低的雾、雨、尘等条件下具有较高的透过率，且在满月和大气辉光条件下夜空的光谱辐射集中在短波红外波段，故短波红外成像系统可在低照度条件、低能见度的雾、雨、尘等条件下对物体清晰成像。此外，与长波、中波红外成像利用景物自身发射的热辐射不同，短波成像主要利用室温物体反射环境中普遍存在的短波红外辐射进行成像。与可见光成像系统类似，当物体的温度升高到能发射足够强的短波红外辐射时，短波红外成像亦可接收物体自身辐射的短波能量进行成像。因此，相较于可见光系统，短波红外成像系统具有昼夜成像，低照度、低能见度的雾、雨、尘条件下成像灵敏度高的特点；相较长波、中波红外成像，短波红外成像具有分辨率高、无需低温制冷、可采用低成本可见光透镜、尺寸小、功率低的特点。连续变焦系统具有对目标大范围观测与小范围详查的特点。然而，当环境温度发生变化时，导致光学元件的折射率、曲率、厚度、间隔发生改变，使成像系统的最佳像面位置发生偏移。特别对于连续变焦系统来说，不同焦距位置的最佳焦面位置不同，则导致系统在变焦过程中只在某个焦距位置时图像清晰，其余焦距位置图像模糊甚至不能成像，造成目标的丢失，不能满足对目标持续跟踪、监视的应用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有连续变焦系统在环境温度发生变化时，变焦过程中只在某个焦距位置时图像清晰，其余焦距位置图像模糊甚至不能成像，易造成目标丢失的不足，而提供一种短波红外连续变焦镜头。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种短波红外连续变焦镜头，其特殊之处在于：包括自左向右依次同轴设置的光焦度为正的前固定组、光焦度为负的变倍组、孔径光阑、光焦度为正的补偿组以及光焦度为正的后固定组；前固定组的左侧为物方，后固定组的右侧为像方；所述前固定组由三个透镜组成，自左向右依次为凹面向孔径光阑的第一负透镜、第一双凸正透镜和第一弯月形正透镜；所述变倍组由三个透镜组成，自左向右依次为光焦度为负的第一双胶合透镜和第二双凹负透镜，第一双胶合透镜自左向右由第二弯月形正透镜和第一双凹负透镜组成；所述补偿组由三个透镜组成，自左向右依次为第二双凸正透镜和光焦度为正的第二双胶合透镜；第二双胶合透镜自左向右由凹面背向孔径光阑的第二负透镜和第三双凸正透镜组成；所述孔径光阑设置在第二双凸正透镜的表面；所述后固定组由四个透镜组成，自左向右依次为第三双凹负透镜、第三弯月形正透镜、凹面弯向孔径光阑的第三负透镜和第四双凸正透镜；所述前固定组可根据环境温度沿光轴方向左右移动，用于补偿镜头长焦端热差；所述变倍组与补偿组可沿光轴方向左右移动，用于实现连续变焦成像。进一步地，当环境温度由t变化到t’时，所述前固定组向像方移动；当环境温度由t变化到t”时，所述前固定组向物方移动；其中，0℃＜t＜40℃，-60℃≤t’≤0℃，40℃≤t”≤75℃。进一步地，从短焦状态向长焦状态变化时，变倍组与补偿组相向移动；从长焦状态向短焦状态变化时，变倍组与补偿组相背移动。进一步地，上述前固定组、变倍组、补偿组、后固定组满足如下关系式：0.52≤f1/ft≤0.58；-0.15≤f2/ft≤-0.10；0.13≤f3/ft≤0.16；0.82≤f4/ft≤0.86；0.28≤β2w/β2t≤0.32；β2w≤-0.30；其中，f1是前固定组的焦距值，f2是变倍组的焦距值，f3是补偿组的焦距值，f4是后固定组的焦距值，ft是镜头最长焦的焦距值，β2w为变倍组在短焦时的放大率，β2t为变倍组在长焦时的放大率。进一步地，为校正系统二级光谱，上述第一双凸正透镜、第二弯月形正透镜材料均采用HFK61。选用低色散玻璃材料可以校正0.95～1.7μm波段的二级光谱像差。进一步地，所述第一负透镜与第一双凸正透镜间隔为0.6～1mm，所述第一双凸正透镜与第一弯月形正透镜间隔为0.2～0.6mm；所述第一胶合透镜与第二双凹负透镜的间隔为4～4.8mm；所述第二双凸正透镜与第二双胶合透镜的间隔为0.2～0.6mm；所述第三双凹负透镜与第三弯月形正透镜的间隔为0.2～0.6mm；所述第三弯月形正透镜与第三负透镜的间隔为23～23.5mm；所述弯月形第三负透镜与第四双凸正透镜的间隔为1.5～2mm。进一步地，所述前固定组与变倍组之间的空气间隔为6.00mm～48.35mm；所述变倍组与补偿组之间的空气间隔为3.00mm～64.24mm；所述补偿组与后固定组之间的空气间隔为3.00mm～21.89mm；所述第四双凸正透镜与像方间的空气间隔为8.5～10mm。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、本专利技术提供的镜头采用正组补偿两组元(变倍组与补偿组)轴向移动变焦的形式，变倍组2与补偿组3在变焦过程中沿光轴方向相对运动，实现短波红外连续变焦镜头像面位置的稳定；实现了在短波红外波段连续变焦成像的能力，变焦形式简单，结构紧凑；具有大变倍比与大视场的特点。2、本专利技术提供的镜头的前固定组作为调焦组，通过调节前固定组1的轴向位置进行调焦，变焦过程中可在宽温度范围(-60℃～75℃)内保持良好的焦面一致性。3、本专利技术提供的镜头结构简单、重量轻、焦距值变化量小。在宽温度范围(-60℃～75℃)内，各视场在空间频率33lp/mm处的传递函数均大于0.5，具有很好的成像质量。附图说明图1是本专利技术实施例的短焦结构示意图；图2是本专利技术实施例的中焦结构示意图；图3是本专利技术实施例的长焦结构示意图；图4是常温下，本专利技术实施例的长焦位置光学传递函数；图5是常温下，本专利技术实施例的中焦位置光学传递函数；图6是常温下，本专利技术实施例的短焦位置光学传递函数；图7是-60℃时，本专利技术实施例中前固定组(调焦组)沿光线入射方向(向像方)移动0.1mm，镜头长焦位置光学传递函数；图8是-60℃时，本专利技术实施例中前固定组(调焦组)位置不变，镜头中焦位置光学传递函数；图9是-60℃时，本专利技术实施例中前固定组(调焦组)位置不变，镜头短焦位置光学传递函数；图10是75℃时，本专利技术实施例中前固定组(调焦组)逆光线入射方向(向物方)移动0.15mm，镜头长焦位置光学传递数；图11是75℃时，本专利技术实施例中前固定组(调焦组)位置不变，镜头中焦位置光学传递函数；图12是75℃时，本专利技术实施例中前固定组(调焦组)位置不变，镜头短焦位置光学传递函数；图13是本专利技术实施例长焦位置场曲、畸变曲线；图14是本专利技术实施例中焦位置场曲、畸变曲线；图15是本专利技术实施例短焦位置场曲、畸变曲线。图中各标号的说明如下：1—前固定组；11—第一负透镜，12—第一双凸正透镜、13—第一弯月形正透镜；2—变倍组；21—第二弯月形正透镜、22—第一双凹负透镜、23—第二双凹负透镜；3—补偿组；31—第二双凸正透镜、32—第二负透镜、33—第三双凸正透镜；4—后固定组；41—第三双凹负透镜、42—第三弯月形正透镜、43—第三负透镜、44—第四双凸正透镜。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本实施例提供一种短波红外连续变焦镜头，其靶面尺寸为9.6mm×7.68mm，适用于探测器类型为InGaAS，像元尺寸为15μm，64本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短波红外连续变焦镜头，其特征在于：包括自左向右依次同轴设置的光焦度为正的前固定组(1)、光焦度为负的变倍组(2)、孔径光阑、光焦度为正的补偿组(3)以及光焦度为正的后固定组(4)；前固定组(1)的左侧为物方，后固定组(4)的右侧为像方；所述前固定组(1)由三个透镜组成，自左向右依次为凹面向孔径光阑的第一负透镜(11)、第一双凸正透镜(12)和第一弯月形正透镜(13)；所述变倍组(2)由三个透镜组成，自左向右依次为光焦度为负的第一双胶合透镜和第二双凹负透镜(23)，第一双胶合透镜自左向右由第二弯月形正透镜(21)和第一双凹负透镜(22)组成；所述补偿组(3)由三个透镜组成，自左向右依次为第二双凸正透镜(31)和光焦度为正的第二双胶合透镜；第二双胶合透镜自左向右由凹面背向孔径光阑的第二负透镜(32)和第三双凸正透镜(33)组成；所述孔径光阑设置在第二双凸正透镜(31)靠近物方的表面；所述后固定组(4)由四个透镜组成，自左向右依次为第三双凹负透镜(41)、第三弯月形正透镜(42)、凹面弯向孔径光阑的第三负透镜(43)和第四双凸正透镜(44)；所述前固定组(1)可根据环境温度沿光轴方向左右移动，用于补偿镜头长焦端热差；所述变倍组(2)与补偿组(3)可沿光轴方向左右移动，用于实现连续变焦成像。...

【技术特征摘要】
1.一种短波红外连续变焦镜头，其特征在于：包括自左向右依次同轴设置的光焦度为正的前固定组(1)、光焦度为负的变倍组(2)、孔径光阑、光焦度为正的补偿组(3)以及光焦度为正的后固定组(4)；前固定组(1)的左侧为物方，后固定组(4)的右侧为像方；所述前固定组(1)由三个透镜组成，自左向右依次为凹面向孔径光阑的第一负透镜(11)、第一双凸正透镜(12)和第一弯月形正透镜(13)；所述变倍组(2)由三个透镜组成，自左向右依次为光焦度为负的第一双胶合透镜和第二双凹负透镜(23)，第一双胶合透镜自左向右由第二弯月形正透镜(21)和第一双凹负透镜(22)组成；所述补偿组(3)由三个透镜组成，自左向右依次为第二双凸正透镜(31)和光焦度为正的第二双胶合透镜；第二双胶合透镜自左向右由凹面背向孔径光阑的第二负透镜(32)和第三双凸正透镜(33)组成；所述孔径光阑设置在第二双凸正透镜(31)靠近物方的表面；所述后固定组(4)由四个透镜组成，自左向右依次为第三双凹负透镜(41)、第三弯月形正透镜(42)、凹面弯向孔径光阑的第三负透镜(43)和第四双凸正透镜(44)；所述前固定组(1)可根据环境温度沿光轴方向左右移动，用于补偿镜头长焦端热差；所述变倍组(2)与补偿组(3)可沿光轴方向左右移动，用于实现连续变焦成像。2.根据权利要求1所述的一种短波红外连续变焦镜头，其特征在于：当环境温度由t变化到t’时，所述前固定组(1)向像方移动；当环境温度由t变化到t”时，所述前固定组(1)向物方移动；其中，0℃＜t＜40℃，-60℃≤t’≤0℃，40℃≤t”≤75℃。3.根据权利要求2所述的一种短波红外连续变焦镜头，其特征在于：从短焦状态向长焦状态变化时，变倍组(2)与补偿组(3)相向移动；从长焦状态向短焦状态变化时，变倍组(2)与补偿组(3)相背移动。4.根据权利要求3所述的一种短波红外连续变...

【专利技术属性】
技术研发人员：马迎军，梅超，曲锐，闫阿奇，杨洪涛，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61