一种大变倍比主动式无热化红外变焦镜头制造技术

本发明专利技术公开一种大变倍比主动式无热化红外变焦镜头，包括从物方到像方沿光轴依次设置的前固定组、变倍组、聚焦组和后固定组，前固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗正透镜；变倍组具有负光焦度，为一片双凹的锗单透镜；聚焦组具有正光焦度，为一片双凸的锗单透镜；后固定组包括第一后固定组和第二后固定组，第一后固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向物方的弯月形锗透镜，第二后固定组为补偿组，为一片双凸的锗透镜；在温度变化时，第二后固定组沿光轴移动，对光学聚焦组镜头进行位置补偿。本发明专利技术通过加入补偿组进行焦距调节来解决温度的变化所引起的像质恶化，具有成本低、操作方便、精确度高的优点，适用于大变倍比连续变焦红外镜头。连续变焦红外镜头。连续变焦红外镜头。

【技术实现步骤摘要】
一种大变倍比主动式无热化红外变焦镜头


[0001]本专利技术涉及红外成像领域，尤其涉及一种大变倍比主动式无热化红外变焦镜头。

技术介绍

[0002]红外透镜因具有在恶劣天气下成像清晰、可全天工作等优点而广泛的应用于军事、安防等领域。环境温度的变化会引起红外镜片折射率和表面曲率的变化，从而引起成像模糊，在红外制导、跟踪等领域会导致目标丢失。为了消除温度变化引起的成像质量的降低，通常需要采用一定的补偿技术，使得光学系统在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量,这种技术称之为无热技术。
[0003]目前无热化技术主要分为光学无热化、机械主动式、机械被动式无热化技术，光学无热化和机械被动式无热化技术，一般所需镜片多，对机械结构的要求高，系统的复杂和体积较大，从而降低光学系统的成像性能。特别是长焦成像时，很难同时满足无热化需求和成像质量要求，从而难以获得高质量的光学成像。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种大变倍比主动式无热化红外变焦镜头，通过加入补偿组进行焦距调节来解决温度的变化所引起的像质恶化，具有成本低、操作方便、精确度高的优点，适用于大变倍比连续变焦红外镜头。
[0005]为了解决所述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种大变倍比主动式无热化红外变焦镜头，包括从物方到像方沿光轴依次设置的前固定组、变倍组、聚焦组和后固定组，前固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗正透镜；变倍组具有负光焦度，为一片双凹的锗单透镜；聚焦组具有正光焦度，为一片双凸的锗单透镜；后固定组包括两片透镜，分别为第一后固定组和第二后固定组，第一后固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向物方的弯月形锗透镜，第二后固定组为补偿组，具有正光焦度，为一片双凸的锗透镜；在温度变化时，补偿组沿光轴移动，对光学聚焦组镜头进行位置补偿，消除温度变化对成像的影响。
[0006]进一步的，以镜头在20℃时的位置作为基准点，补偿组沿光轴向物方移动为负向移动，补偿组沿光轴向像方移动为正向移动，补偿组的轴向位移与温度、焦距之间的关系为：同一焦距下，轴向位移与温度呈线性规律，斜率为正；不同焦距斜率不同，焦距越大，斜率越大；同一温度下，常温以上温度，轴向位移随焦距递增，常温以下温度，轴向位移随焦距递减；温度较常温变化范围越大，递增数值越大。
[0007]进一步的，变倍组朝向物方的面、第一后固定组朝向物方的面、第二后固定组朝向像方的面均为高次非球面，上述高次非球面满足：
[0008][0009]其中z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时距非球面顶点的距离矢高，c表示
非球面的顶点曲率，k为圆锥系数，α2、α3、α4、α5、α6为高次非球面系数。
[0010]进一步的，聚焦组朝向物方的面为衍射面，衍射面满足：
[0011]Φ＝A1ρ2+A2ρ4，
[0012]其中Φ为衍射面的位相，ρ＝r/r
n
，r
n
是衍射面的规划半径，A1、A2为衍射面的位相系数，r是相对光轴垂直方向的高度。
[0013]进一步的，镜头的工作波长为8～12um，焦距为30～180mm，变倍比为6倍，光学F数为1.2。
[0014]进一步的，焦镜头在
‑
40℃下，全焦距段全视场的平均在30lp/mm处MTF>0.3；在20℃下，全焦距段全视场的平均在30lp/mm处MTF>0.4；在60℃下，全焦距段全视场的平均在30lp/mm处MTF>0.4。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术采用机械主动式无热化方式，即在后固定组加入补偿镜片，通过控制补偿镜片的轴向位移来实现不同温度、不同焦距下成像自动清晰，通过对光学系统及机械结构理论分析，分析在温度、焦距变化下聚焦镜片偏移量，在温度、焦距变化时，通过自动对光学聚焦组镜头进行位置补偿，在不增加硬件与结构的前提下，消除温度变化对成像的影响。本专利技术既可以在30mm～180mm不同焦距下成像清晰，又可以
‑
40℃～60℃全温度段下自动保持图像清晰，不再单独聚焦。
附图说明
[0016]图1为本专利技术在20℃、焦距为30mm时的光学系统图；
[0017]图2为本专利技术在20℃、焦距为100mm时的光学系统图；
[0018]图3为本专利技术在20℃、焦距为180mm时的光学系统图；
[0019]图4为轴向位移与温度的关系示意图；
[0020]图5为轴向位移与焦距的关系示意图；
[0021]图6为本专利技术在
‑
40℃、焦距为30mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
[0022]图7为本专利技术在20℃、焦距为30mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
[0023]图8为本专利技术在60℃、焦距为30mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
[0024]图9为本专利技术在
‑
40℃、焦距为100mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
[0025]图10为本专利技术在20℃、焦距为100mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
[0026]图11为本专利技术在60℃、焦距为100mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
[0027]图12为本专利技术在
‑
40℃、焦距为180mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
[0028]图13为本专利技术在20℃、焦距为180mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
[0029]图14为本专利技术在60℃、焦距为180mm时的光学传递函数图(截止分辨率为30lp/mm)；
[0030]其中，100、物空间，200、前固定组，300、变倍组，400、聚焦组，500、后固定组，600、
探测器组件，S1～S10为透镜各个表面。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0032]实施例1
[0033]本实施例公开了一种适用于分辨率为640
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512、像元大小为12微米的探测器的6倍变焦的机械主动式无热化红外连续变焦镜头。图1、图2、图3分别为本专利技术短焦为30mm、中焦为100mm、长焦为180mm的光学系统图，所述镜头的结构相同，以其中图1为例作为说明。
[0034]如图1所示，本实施由从物空间100到探测器组件600沿光轴依次设置的正光焦度的前固定组200、负光焦度的变倍组300、正光焦度的聚焦组400、正光焦度的后固定组500，以及最后的探测器组件600组成。
[0035]前固定组200即第一片透镜，具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形正透镜，材料为锗单晶，凹面口径由最大焦距与系统F数共同决定，两面均为球面。
[0036]变倍组300即第二片透镜，具有负光焦度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大变倍比主动式无热化红外变焦镜头，其特征在于：包括从物方到像方沿光轴依次设置的前固定组、变倍组、聚焦组和后固定组，前固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向像方的弯月形锗正透镜；变倍组具有负光焦度，为一片双凹的锗单透镜；聚焦组具有正光焦度，为一片双凸的锗单透镜；后固定组包括两片透镜，分别为第一后固定组和第二后固定组，第一后固定组具有正光焦度，为一片凹面朝向物方的弯月形锗透镜，第二后固定组为补偿组，具有正光焦度，为一片双凸的锗透镜；在温度变化时，补偿组沿光轴移动，对光学聚焦组镜头进行位置补偿，消除温度变化对成像的影响。2.根据权利要求1所述的大变倍比主动式无热化红外变焦镜头，其特征在于：以镜头在20℃时的位置作为基准点，补偿组沿光轴向物方移动为负向移动，补偿组沿光轴向像方移动为正向移动，补偿组的轴向位移与温度、焦距之间的关系为：同一焦距下，轴向位移与温度呈线性规律，斜率为正；不同焦距斜率不同，焦距越大，斜率越大；同一温度下，常温以上温度，轴向位移随焦距递增，常温以下温度，轴向位移随焦距递减；温度较常温变化范围越大，递增数值越大。3.根据权利要求1所述的大变倍比主动式无热化红外变焦镜头，其特征在于：变倍组朝向物方的面、第一后固定组朝向物方的面、第二后固定组朝向像方的面均为高次非球面，上述高次非球面满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨逢逢，徐仰慧，马兴才，蔡滨，闫丽，
申请(专利权)人：山东神戎电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：