搜跟一体红外变焦镜头及成像方法技术

本发明专利技术涉及一种搜跟一体红外变焦镜头及成像方法，以解决现有搜跟一体红外变焦镜头采用衍射光学元件校正色差，使得系统结构较为复杂，且会在像面产生衍射环，降低信噪比及成像对比度的问题。该镜头包括沿光路依次设置的前端望远镜组、摆扫反射镜、后端成像镜组，摆扫反射镜用于补偿像移和扩大视场角。前端望远镜组包括沿光路依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜，第一透镜为硅正透镜，第二透镜为锗负透镜，第三透镜为硅正透镜，第四透镜为锗负透镜；后端成像镜组包括沿光路依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜及第八透镜，第五透镜为硫系正透镜，第六透镜为硅正透镜，第七透镜为锗负透镜，第八透镜为硅正透镜。

【技术实现步骤摘要】
搜跟一体红外变焦镜头及成像方法
本专利技术涉及红外光学系统领域，具体涉及一种搜跟一体红外变焦镜头及成像方法。
技术介绍
目前，搜跟一体红外变焦镜头对运动目标进行搜索跟踪过程中，为了补偿运动像移，通常会在系统的前端望远部分构成平行光路，在平行光路后端加入一维或二维摆扫镜，摆扫镜进行摆扫用以补偿运动像移，达到清晰成像的目的。构成前端望远部分的光路主要有两种，一种为有中间像面的开普勒型，一种为没有中间像面的伽利略型，在设计过程中，为了校正系统色差，设计人员大多会使用衍射光学元件，使得系统结构较为复杂，且衍射光学元件由于自身特性，当环带数量较多时，会在像面产生衍射环，降低信噪比及成像对比度。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有搜跟一体红外变焦镜头采用衍射光学元件校正色差，使得系统结构较为复杂，且会在像面产生衍射环，降低信噪比及成像对比度的问题，而提供一种搜跟一体红外变焦镜头及成像方法。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种搜跟一体红外变焦镜头，包括沿光路依次设置的前端望远镜组、摆扫反射镜、后端成像镜组；所述摆扫反射镜用于补偿像移和扩大视场角；其特殊之处在于：所述前端望远镜组包括沿光路依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜；所述第一透镜为硅正透镜；所述第二透镜为锗负透镜；所述第三透镜为硅正透镜；所述第四透镜为锗负透镜；所述后端成像镜组包括沿光路依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜及第八透镜；所述第五透镜为硫系正透镜；所述第六透镜为硅正透镜；所述第七透镜为锗负透镜；所述第八透镜为硅正透镜。进一步地，所述前端望远镜组为伽利略型望远系统。进一步地，还包括设置在第五透镜和第六透镜之间的折转平面反射镜。进一步地，所述前端望远镜组、摆扫反射镜及后端成像镜组构成U型或Z型结构。进一步地，所述第一透镜的入射表面为球面，其曲率半径为101.29mm；所述第一透镜的出射表面为球面，其曲率半径为176.29mm；所述第一透镜的厚度为13mm；所述第二透镜的入射表面为球面，其曲率半径为-347.47mm；所述第二透镜的出射表面为非球面，其最佳拟合球面曲率半径为98.573mm；所述第二透镜的厚度为7mm；所述第三透镜的入射表面为球面，其曲率半径为-1408.86mm；所述第三透镜的出射表面为球面，其曲率半径为-143.07mm；所述第三透镜的厚度为8mm；所述第四透镜的入射表面为球面，其曲率半径为-148.09mm；所述第四透镜的出射表面为球面，其曲率半径为-256.52mm；所述第四透镜的厚度为5mm；所述第五透镜的入射表面为非球面，其最佳拟合球面曲率半径为65.94mm；所述第五透镜的出射表面为球面，其曲率半径为104.25mm；所述第五透镜的厚度为7mm；所述第六透镜的入射表面为球面，其曲率半径为26.39mm；所述第六透镜的出射表面为球面，其曲率半径为169.3mm；所述第六透镜的厚度为5mm；所述第七透镜的入射表面为球面，其曲率半径为-16.85mm；所述第七透镜的出射表面为非球面，其最佳拟合球面曲率半径为-29.10mm；所述第七透镜的厚度为7mm；所述第八透镜的入射表面为球面，其曲率半径为-23.08mm；所述第八透镜的出射表面为球面，其曲率半径为-19.90mm；所述第八透镜的厚度为7mm；所述第一透镜与第二透镜的中心间隔为33.19mm~43.82mm；所述第二透镜与第三透镜的中心间隔为4mm~71.19mm；所述第三透镜与第四透镜的中心间隔为12.01mm~68.58mm；所述第四透镜与摆扫反射镜的中心间隔为30.6mm；所述摆扫反射镜与第五透镜的中心间隔为40mm；所述第五透镜与折转平面反射镜的中心间隔为57.92mm；所述折转平面反射镜与第六透镜的中心间隔为50mm；所述第六透镜与第七透镜的中心间隔为4.64mm；所述第七透镜与第八透镜的中心间隔为1.01mm；所述第八透镜与探测器窗口的中心间隔为6mm。进一步地，所述前端望远镜组、摆扫反射镜、后端成像镜组形成的总焦距范围为90mm~360mm。进一步地，所述前端望远镜组的倍率为0.9~3.6倍连续可变；所述后端成像镜组的焦距为100mm。一种搜跟一体红外变焦镜头成像方法，其特殊之处在于，使用上述搜跟一体红外变焦镜头，包括以下步骤：1）前端望远镜组进行连续变倍望远成像；所述前端望远镜组采用沿光路依次设置的硅正透镜、锗负透镜、硅正透镜、锗负透镜组合形成平行光路；2）摆扫反射镜对前端望远镜组的出射光进行像方摆扫，用于补偿像移和扩大视场角；3）摆扫反射镜的出射光经过硫系正透镜进行聚焦；4）聚焦后的光依次经过硅正透镜、锗负透镜、硅正透镜实现转像，最终成像在红外制冷探测器上。进一步地，步骤3）之后，步骤4）之前还包括折转平面反射镜对聚焦后的光进行折转方向的步骤。进一步地，步骤2）中所述补偿像移的具体方式为：所述搜跟一体红外变焦镜头在扫描过程中进行转动，通过转动速度计算曝光时间内的像移量，根据像移量的关系分解摆扫反射镜方位轴和俯仰轴的旋转角，再控制摆扫反射镜向相反方向进行摆扫，对像移进行补偿。本专利技术相比现有技术的有益效果是：1、本专利技术提供的搜跟一体红外变焦镜头，通过硅正透镜、锗负透镜、硅正透镜、锗负透镜的四片透镜组合实现前端望远镜组的色差校正；镜头整体采用二次成像方式，实现100%的冷光阑效率；该镜头没有衍射光学元件，避免了衍射面带来的成像衍射环影响，提高了信噪比及成像对比度；镜头整体结构紧凑，形式简单，成本较低。2、前端望远镜组采用伽利略型望远系统，没有中间像面，使镜头结构更加紧凑。3、镜头采用U型或Z型结构，可有效减小镜头尺寸，尤其是U型结构的镜头，镜头整体包络尺寸较小。4、本专利技术提供的搜跟一体红外变焦镜头成像方法给出了摆扫反射镜的控制算法，根据目标和系统相对运动的情况以及系统本身的参数，对摆扫反射镜进行控制，以消除运动像移和扩展视场角度。附图说明图1是本专利技术搜跟一体红外变焦镜头一个实施例的结构示意图；图1中，1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-第四透镜，5-摆扫反射镜，6-第五透镜，7-折转平面反射镜，8-第六透镜，9-第七透镜，10-第八透镜；图2是本专利技术实施例的短焦位置MTF曲线图；图3是本专利技术实施例的长焦位置MTF曲线图；图4是本专利技术中摆扫反射镜的侧视摆扫示意图；图5是本专利技术中摆扫反射镜的正视摆扫示意图；图6是本专利技术中摆扫反射镜绕方位轴旋转时，出射光矢量与原出射光矢量的夹角计算式的小角度近似条件示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的搜跟一体红外变焦镜头及成像方法作进一步详细说明。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种搜跟一体红外变焦镜头，包括沿光路依次设置的前端望远镜组、摆扫反射镜（5）、后端成像镜组；所述摆扫反射镜（5）用于补偿像移和扩大视场角；其特征在于：/n所述前端望远镜组包括沿光路依次设置的第一透镜（1）、第二透镜（2）、第三透镜（3）及第四透镜（4）；所述第一透镜（1）为硅正透镜；所述第二透镜（2）为锗负透镜；所述第三透镜（3）为硅正透镜；所述第四透镜（4）为锗负透镜；/n所述后端成像镜组包括沿光路依次设置的第五透镜（6）、第六透镜（8）、第七透镜（9）及第八透镜（10）；所述第五透镜（6）为硫系正透镜；所述第六透镜（8）为硅正透镜；所述第七透镜（9）为锗负透镜；所述第八透镜（10）为硅正透镜。/n

【技术特征摘要】
1.一种搜跟一体红外变焦镜头，包括沿光路依次设置的前端望远镜组、摆扫反射镜（5）、后端成像镜组；所述摆扫反射镜（5）用于补偿像移和扩大视场角；其特征在于：
所述前端望远镜组包括沿光路依次设置的第一透镜（1）、第二透镜（2）、第三透镜（3）及第四透镜（4）；所述第一透镜（1）为硅正透镜；所述第二透镜（2）为锗负透镜；所述第三透镜（3）为硅正透镜；所述第四透镜（4）为锗负透镜；
所述后端成像镜组包括沿光路依次设置的第五透镜（6）、第六透镜（8）、第七透镜（9）及第八透镜（10）；所述第五透镜（6）为硫系正透镜；所述第六透镜（8）为硅正透镜；所述第七透镜（9）为锗负透镜；所述第八透镜（10）为硅正透镜。


2.根据权利要求1所述的搜跟一体红外变焦镜头，其特征在于：
所述前端望远镜组为伽利略型望远系统。


3.根据权利要求1或2所述的搜跟一体红外变焦镜头，其特征在于：
还包括设置在第五透镜（6）和第六透镜（8）之间的折转平面反射镜（7）。


4.根据权利要求3所述的搜跟一体红外变焦镜头，其特征在于：
所述前端望远镜组、摆扫反射镜（5）及后端成像镜组构成U型或Z型结构。


5.根据权利要求4所述的搜跟一体红外变焦镜头，其特征在于：
所述第一透镜（1）的入射表面为球面，其曲率半径为101.29mm；所述第一透镜（1）的出射表面为球面，其曲率半径为176.29mm；所述第一透镜（1）的厚度为13mm；
所述第二透镜（2）的入射表面为球面，其曲率半径为-347.47mm；所述第二透镜（2）的出射表面为非球面，其最佳拟合球面曲率半径为98.573mm；所述第二透镜（2）的厚度为7mm；
所述第三透镜（3）的入射表面为球面，其曲率半径为-1408.86mm；所述第三透镜（3）的出射表面为球面，其曲率半径为-143.07mm；所述第三透镜（3）的厚度为8mm；
所述第四透镜（4）的入射表面为球面，其曲率半径为-148.09mm；所述第四透镜（4）的出射表面为球面，其曲率半径为-256.52mm；所述第四透镜（4）的厚度为5mm；
所述第五透镜（6）的入射表面为非球面，其最佳拟合球面曲率半径为65.94mm；所述第五透镜（6）的出射表面为球面，其曲率半径为104.25mm；所述第五透镜（6）的厚度为7mm；
所述第六透镜（8）的入射表面为球面，其曲率半径为26.39mm；所述第六透镜（8）的出射表面为球面，其曲率半径为169.3mm；所述第六透镜（8）的厚度为5mm；
所述第七透镜（9）的入射表面为球面，其曲率半径为-16.85mm；所述第七透镜（9）的出射表面为非球面，其最...

【专利技术属性】
技术研发人员：范哲源，韩飞，刘西站，吕园成，
申请(专利权)人：西安微普光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61