一種制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種跟蹤鏡頭，具體涉及一種制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著紅外技術(shù)和電視跟蹤技術(shù)快速發(fā)展，相對于可見光波段，其對目標(biāo)跟蹤在可靠性、跟蹤距離和環(huán)境適應(yīng)性等方面的優(yōu)勢非常明顯，因而應(yīng)用也越來越廣泛。
[0003]作為中波紅外電視跟蹤系統(tǒng)重要組成部分的紅外變焦鏡頭，跟蹤過程可以實(shí)時(shí)變焦對目標(biāo)縮放、場景適應(yīng)行強(qiáng)、使用方便，特別是在邊防、森林防火等方面的使用越來越多。鏡頭除了要求具有變焦過程中成像質(zhì)量清晰，全視場畸變小(< 1% )，鏡片數(shù)量少(透過率高，造價(jià)低廉)外，還要求其在惡劣的環(huán)境下(工作溫度-40°C?55°C，濕度90%以上)穩(wěn)定、可靠的工作。
[0004]目前制冷型紅外中波變焦跟蹤鏡頭中分檔變焦居多，主要以在光路中切換鏡組或是相鄰的一組透鏡一起運(yùn)動(dòng)改變間隔來實(shí)現(xiàn)變焦。前者鏡片數(shù)量較多，結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜；后者運(yùn)動(dòng)行程較長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另外連續(xù)變焦的鏡頭多是通過精密凸輪來實(shí)現(xiàn)變倍組和補(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)曲線，機(jī)械機(jī)構(gòu)和控制過程相對復(fù)雜，成像質(zhì)量不容易保證，造價(jià)高，但可以實(shí)現(xiàn)高變焦倍率，而本發(fā)明通過靠近像面的相隔的兩個(gè)鏡片組成的鏡組直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分檔變焦功能，具有行程短，像面穩(wěn)定，成像品質(zhì)好，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高的特點(diǎn)，能夠滿足裝備要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭，具有實(shí)現(xiàn)簡單、成像品質(zhì)高、惡劣條件下工作可靠等特點(diǎn)，能夠滿足實(shí)際使用要求。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭，沿光軸從物方到像方依次設(shè)置物鏡組和投影鏡組；上述投影鏡組沿光線傳播路徑上依次設(shè)置有調(diào)焦鏡、固定組、變焦組；上述物鏡組、調(diào)焦鏡、固定組、變焦組在同一光軸上，上述調(diào)焦鏡與變焦組可沿光軸移動(dòng)，上述物鏡組與固定組在光軸上位置不變；其特殊之處在于:上述調(diào)焦鏡包括正光焦度彎向物方的第三彎月鏡；上述固定組包括沿光線傳播路徑上依次設(shè)置的正光焦度彎向像方的第四彎月鏡和一個(gè)正光焦度雙凸透鏡；上述變焦組包括沿光線傳播路徑上依次設(shè)置的一個(gè)負(fù)光焦度雙凹透鏡和負(fù)光焦度彎向像方的第五彎月鏡；上述物鏡組包括沿光線傳播路徑上依次設(shè)置的正光焦度彎向像方的第一彎月鏡和負(fù)光焦度彎向像方的第二彎月鏡；上述雙凸透鏡設(shè)置在雙凹透鏡和第五彎月鏡之間；上述第四彎月鏡設(shè)置在雙凹透鏡和第三彎月鏡之間；上述第二彎月鏡設(shè)置在第三彎月鏡和第一彎月鏡之間；
[0007]上述雙凹透鏡和第五彎月鏡的鏡片面為非球面；
[0008]上述第二彎月鏡、雙凹透鏡、第五彎月鏡的材質(zhì)為單晶鍺；
[0009]上述第一彎月鏡、第三彎月鏡、第四彎月鏡、雙凸透鏡的材質(zhì)為單晶硅。
[0010]本發(fā)明的有益效果:該制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭由一個(gè)正光焦度彎向像方的彎月鏡和一個(gè)負(fù)光焦度彎向像方的彎月鏡構(gòu)成的物鏡組將不同距離目標(biāo)成像在一次像面位置；然后由一組投影鏡組將入瞳投影到探測器冷屏位置上，實(shí)現(xiàn)光欄和冷屏的完全匹配，減少雜光，提高信噪比，同時(shí)也有效減小了鏡頭口徑，并實(shí)現(xiàn)調(diào)焦和變焦功能。其中，由一個(gè)正光焦度彎向物方的彎月鏡構(gòu)成的調(diào)焦鏡，用于和物鏡組組成無焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)，使出射光線變?yōu)槠叫泄?，調(diào)整其間隔變化實(shí)現(xiàn)溫度和距離調(diào)焦補(bǔ)償；由一個(gè)正光焦度彎向像方的彎月鏡構(gòu)成的固定組1，用于將物鏡組和調(diào)焦鏡組成無焦系統(tǒng)出射光線會(huì)聚在變焦組物面上；又由一個(gè)負(fù)光焦度雙凹透鏡和一個(gè)負(fù)光焦度彎向像方的彎月鏡構(gòu)成變焦組通過調(diào)整光學(xué)間隔變化實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦，同時(shí)鏡片面形采用非球面以便對物鏡組、調(diào)焦組和固定組剩余像差進(jìn)行平衡；由一個(gè)正光焦度雙凸透鏡構(gòu)成的固定組2，將變焦組前組出射光線進(jìn)行會(huì)聚，減小其像距，從而縮短變焦行程。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明變焦組采用非球面，相隔兩個(gè)負(fù)透鏡組成的變焦組做線性運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)變焦，像面穩(wěn)定，成像質(zhì)量較好，變焦行程較短，機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡單、可靠，能夠滿足實(shí)際使用要求。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明短焦?fàn)顟B(tài)光路圖；
[0012]圖2為本發(fā)明長焦?fàn)顟B(tài)光路圖；
[0013]圖3為本發(fā)明空間頻率為171p/mm，短焦?fàn)顟B(tài)光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線圖；
[0014]圖4為本發(fā)明空間頻率為171p/mm，長焦?fàn)顟B(tài)光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線圖；
[0015]圖5為本發(fā)明短焦?fàn)顟B(tài)畸變曲線圖；
[0016]圖6為本發(fā)明長焦?fàn)顟B(tài)畸變曲線圖；
[0017]其中:1-第一彎月鏡、2-第二彎月鏡、3-第三彎月鏡、4-第四彎月鏡、5-雙凹透鏡、6-雙凸透鏡、7-第五彎月鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參見圖1-6，本發(fā)明提出了一種制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭，沿光軸從物方到像方依次設(shè)置物鏡組和投影鏡組；投影鏡組沿光線傳播路徑上依次設(shè)置有調(diào)焦鏡、固定組、變焦組；物鏡組、調(diào)焦鏡、固定組、變焦組在同一光軸上，調(diào)焦鏡與變焦組可沿光軸移動(dòng)，物鏡組與固定組在光軸上位置不變；調(diào)焦鏡包括正光焦度彎向物方的第三彎月鏡3 ;固定組包括沿光線傳播路徑上依次設(shè)置的正光焦度彎向像方的第四彎月鏡4和一個(gè)正光焦度雙凸透鏡6 ;變焦組包括沿光線傳播路徑上依次設(shè)置的一個(gè)負(fù)光焦度雙凹透鏡5和負(fù)光焦度彎向像方的第五彎月鏡7 ;物鏡組包括沿光線傳播路徑上依次設(shè)置的正光焦度彎向像方的第一彎月鏡I和負(fù)光焦度彎向像方的第二彎月鏡2 ;雙凸透鏡6設(shè)置在雙凹透鏡5和第五彎月鏡7之間；第四彎月鏡4設(shè)置在雙凹透鏡5和第三彎月鏡3之間；第二彎月鏡2設(shè)置在第三彎月鏡3和第一彎月鏡I之間；雙凹透鏡5和第五彎月鏡7的鏡片面為非球面；第二彎月鏡2、雙凹透鏡5、第五彎月鏡7的材質(zhì)為單晶鍺；第一彎月鏡1、第三彎月鏡3、第四彎月鏡4、雙凸透鏡6的材質(zhì)為單晶硅。
[0019]發(fā)明點(diǎn)主要是在投影鏡組中設(shè)置了相隔兩個(gè)負(fù)透鏡組成的變焦組做線性運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)變焦，且其中的變焦組采用非球面。
[0020]制冷型紅外探測器結(jié)構(gòu)中與鏡頭相關(guān)的結(jié)構(gòu)，從靠近鏡頭一側(cè)起，主要包括:探測器窗口、冷屏和焦平面。因而冷屏屬于探測器部分，鏡頭設(shè)計(jì)需考慮其口徑、位置限制。投影鏡組作用是將鏡頭的出瞳位置和探測器冷屏位置實(shí)現(xiàn)匹配，就是將鏡頭的出瞳通過物像關(guān)系由透鏡鏡組將其成像在冷屏位置上，實(shí)現(xiàn)冷屏100%效率，達(dá)到減少雜光作用。本發(fā)明可與制冷型中波紅外探測器組合使用，當(dāng)所述制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭由短焦?fàn)顟B(tài)向長焦?fàn)顟B(tài)變化時(shí)，所述雙凹透鏡與第四彎月鏡之間空氣間隔一直增大，第五彎月鏡與雙凸透鏡之間空氣間隔一直增大。
[0021]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明采取的技術(shù)路線是:該制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭由物鏡組、調(diào)焦鏡、固定組和變焦組構(gòu)成。物鏡組由一個(gè)正光焦度彎向像方的彎月鏡和一個(gè)負(fù)光焦度彎向像方的彎月鏡構(gòu)成；調(diào)焦鏡由一個(gè)正光焦度彎向物方的彎月鏡構(gòu)成；固定組I由一個(gè)正光焦度彎向像方的彎月鏡構(gòu)成；變焦組由一個(gè)負(fù)光焦度雙凹透鏡和一個(gè)負(fù)光焦度彎向像方的彎月鏡構(gòu)成；固定組2由一個(gè)正光焦度雙凸透鏡構(gòu)成。
[0022]所述物鏡組、調(diào)焦鏡、固定組1、變焦組和固定組2構(gòu)成系統(tǒng)的焦距變化范圍190mm?380mm，F(xiàn)數(shù)為2，成像尺寸Φ12_，冷屏效率100%，系統(tǒng)總長608mm。
[0023]所述變焦組通過調(diào)節(jié)光學(xué)間隔變化實(shí)現(xiàn)分檔變焦。
[0024]如圖1、2所示的190mm?380mm/F2制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭光學(xué)系統(tǒng)，采用5組7片式結(jié)構(gòu)，包括由一個(gè)單晶硅材料磨制的正光焦度彎向像方的第一彎月鏡和單晶鍺材料磨制的一個(gè)負(fù)光焦度彎向像方的第二彎月鏡構(gòu)成物鏡組，將目標(biāo)成像在一次像面上；由一個(gè)單晶硅材料磨制正光焦度彎向物方的第三彎月鏡構(gòu)成的調(diào)焦鏡實(shí)現(xiàn)溫度和距離調(diào)焦功能；由一個(gè)單晶硅材料磨制一個(gè)正光焦度彎向像方的第四彎月鏡構(gòu)成的固定組1，用于將目標(biāo)會(huì)聚到變焦組物面上；由單晶鍺材料磨制一個(gè)負(fù)光焦度雙凹透鏡和一個(gè)負(fù)光焦度彎向像方的第五彎月鏡構(gòu)成變焦組實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦，鏡片面形采用非球面，用于對物鏡組、調(diào)焦鏡和固定組I剩余像差進(jìn)行補(bǔ)償；由一個(gè)單晶硅材料磨制正光焦度雙凸透鏡(序號6)構(gòu)成的固定組2將變焦組前組出射光線進(jìn)行會(huì)聚，減小其像距，從而縮短變焦行程。變焦組通過圖示間隔變化實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦。如圖3、4、5、6所示系統(tǒng)在短焦、長焦情況下，空間頻率為171p/mm時(shí)的MTF曲線值可以看出，具有較好的成像質(zhì)量，全視場畸變較小，能夠滿足紅外電視跟蹤及監(jiān)控要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭，沿光軸從物方到像方依次設(shè)置物鏡組和投影鏡組；所述投影鏡組沿光線傳播路徑上依次設(shè)置有調(diào)焦鏡、固定組、變焦組；所述物鏡組、調(diào)焦鏡、固定組、變焦組在同一光軸上，所述調(diào)焦鏡與變焦組可沿光軸移動(dòng)，所述物鏡組與固定組在光軸上位置不變；其特征在于:所述調(diào)焦鏡包括正光焦度彎向物方的第三彎月鏡；所述固定組包括沿光線傳播路徑上依次設(shè)置的正光焦度彎向像方的第四彎月鏡和一個(gè)正光焦度雙凸透鏡；所述變焦組包括沿光線傳播路徑上依次設(shè)置的一個(gè)負(fù)光焦度雙凹透鏡和負(fù)光焦度彎向像方的第五彎月鏡；所述物鏡組包括沿光線傳播路徑上依次設(shè)置的正光焦度彎向像方的第一彎月鏡和負(fù)光焦度彎向像方的第二彎月鏡；所述雙凸透鏡設(shè)置在雙凹透鏡和第五彎月鏡之間；所述第四彎月鏡設(shè)置在雙凹透鏡和第三彎月鏡之間；所述第二彎月鏡設(shè)置在第三彎月鏡和第一彎月鏡之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭，其特征在于:所述雙凹透鏡和第五彎月鏡的鏡片面為非球面。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I或2所述的一種制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭，其特征在于:所述第二彎月鏡、雙凹透鏡、第五彎月鏡的材質(zhì)為單晶鍺。
4.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的一種制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭，其特征在于:所述第一彎月鏡、第三彎月鏡、第四彎月鏡、雙凸透鏡的材質(zhì)為單晶硅。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭。沿光軸從物方到像方依次設(shè)置物鏡組和投影鏡組；投影鏡組沿光線傳播路徑上依次設(shè)置有調(diào)焦鏡、固定組、變焦組；所述物鏡組、調(diào)焦鏡、固定組、變焦組在同一光軸上，調(diào)焦鏡與變焦組可沿光軸移動(dòng)，物鏡組與固定組在光軸上位置不變。本發(fā)明提供了一種像面穩(wěn)定，成像質(zhì)量較好，變焦行程較短，機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡單、可靠的制冷型中波紅外分檔變焦跟蹤鏡頭。
【IPC分類】G02B15-14
【公開號】CN104570297
【申請?zhí)枴緾N201410844317
【發(fā)明人】李剛, 段晶, 姜?jiǎng)P, 閆佩佩, 劉凱, 單秋莎
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月30日