一种高能量连续变焦红外镜头的制作方法

1.本发明涉及红外镜头技术领域，具体为一种高能量连续变焦红外镜头。

背景技术：

2.随着进口探测器技术水平的发展，成像器件的分辨率越来越高，像元也越来越小，因此对于镜头能量的要求越来越高，同时国产探测器也开始发展并且在市场得到了一定程度的应用，但受制于技术水平以及生产工艺等因素，探测器水平同进口水平有一定差距，探测器温度灵敏度要差一些，因此对于镜头能量的要求更甚，在红外系统中，影响系统能量的主要是f值，即焦距和通光口径的比，在可以正常成像的前提下，f值越小，能量越强，系统的效果越好，但是f越小，设计难度越大，近年来，一些非制冷红外变焦镜头越来越受到用户的认可。
3.然而现有的高能量镜头的应用还比较少，中国专利文献cn101482647b公开的大变倍比变焦镜头采用6片透镜，f值为1-1.2，还有中国专利文献 cn103901592a公开的红外镜头，采用4片透镜，f值达到了1.0，但是变倍只有4倍，使得红外镜头在应用中存在局限性，从而缩小红外镜头的可适用范围，导致红外镜头的利用率的降低。

技术实现要素：

4.本发明提供了一种高能量连续变焦红外镜头，解决了上述背景技术所提出的问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高能量连续变焦红外镜头，包括前固定组，所述前固定组的右侧安装有变倍组，所述变倍组远离前固定组的一侧设置有补偿组，所述补偿组的右侧连接有后固定组，所述后固定组远离补偿组的一侧设置有聚焦组，所述聚焦组的右侧连接有探测器，且探测器的前方设置有探测器窗口，所述变倍组、补偿组、固定组、聚焦组、探测器窗口沿光轴依次设置于固定组至探测器之间，组成整个连续变焦红外镜头。
6.可选的，所述前固定组由正弯月透镜组成，且前固定组的正弯月透镜的凸面朝向物侧。
7.可选的，所述变倍组位于前固定组与补偿组之间，所述变倍组由双凹负镜组成。
8.可选的，所述补偿组位于变倍组与后固定组之间，所述补偿组由正弯月透镜构成。
9.可选的，所述后固定组位于补偿组与聚焦组之间，所述后固定组由正弯月透镜组成。
10.可选的，所述聚焦组位于后固定组与探测器之间，所述聚焦组由凸面朝向物侧的正弯月透镜组成。
11.可选的，所述变倍组、补偿组和聚焦组通过各自的驱动机构，均可进行前后移动。
12.可选的，所述前固定组和后固定组相对于探测器均为固定状态，且不可发生移动。
13.本发明具备以下有益效果：
14.1、该高能量连续变焦红外镜头，通过变倍组、补偿组、后固定组和聚焦组之间的配合，利用依次采用双凹负透镜、凸面朝向物侧的正弯月正透镜、凸面朝向物侧的正弯月透镜、凸面朝向物侧的正弯月透镜，且其分别具有负、正、正、正屈光度，并通过变倍组在前固定组与补偿组之间的移动，不仅实现了镜头在广角状态与长焦状态之间的转化，而且可使其f值小于等于0.9，且具有5倍或5倍以上的变倍比，更加有利于大视场的目标搜索和小视场下目标的仔细观察。
15.2、该高能量连续变焦红外镜头，通过变倍组、补偿组和聚焦组之间的配合，在变倍组变焦移动的过程中，通过补偿组的配合移动，可有效补偿由于变倍所带来的像面位置的偏移，同时，当外界的温度发生较大的变化时，可通过移动补偿组来补偿像面位置的偏移。调焦组对远近不同的物体进行聚焦并可在外界温度变化时补偿像面的离焦。
附图说明
16.图1为本发明的高能量连续变焦红外镜头处于长焦状态时的结构图；
17.图2为本发明的高能量连续变焦红外镜头处于中焦状态时的结构图；
18.图3为本发明的高能量连续变焦红外镜头处于广角状态时的结构图。
19.图中：1、前固定组；2、变倍组；3、补偿组；4、后固定组；5、聚焦组； 6、探测器。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.请参阅图1、图2与图3，本发明提供一种技术方案：一种高能量连续变焦红外镜头，包括前固定组1，前固定组1的右侧安装有变倍组2，变倍组2 远离前固定组1的一侧设置有补偿组3，补偿组3的右侧连接有后固定组4，后固定组4远离补偿组3的一侧设置有聚焦组5，聚焦组5的右侧连接有探测器6，且探测器6的前方设置有探测器窗口，探测器6的设置将接收到的光信号转化为电信号，变倍组2、补偿组3、固定组4、聚焦组5、探测器窗口沿光轴依次设置于固定组1至探测器6之间，组成整个连续变焦红外镜头，依次采用双凹负透镜、凸面朝向物侧的正弯月正透镜、凸面朝向物侧的正弯月透镜、凸面朝向物侧的正弯月透镜，且其分别具有负、正、正、正屈光度，同时，由于采用5了个透镜即完成了该镜头的设计，使得整个镜头具有较高的光线透过率。
22.前固定组1由正弯月透镜组成，且前固定组1的正弯月透镜的凸面朝向物侧，前固定组1的设置具有正屈光度，实现了对光线的会聚作用。
23.变倍组2位于前固定组1与补偿组3之间，变倍组2由双凹负镜组成，双凹负镜具有屈光度。
24.补偿组3位于变倍组2与后固定组4之间，补偿组3由正弯月透镜构成，正弯月透镜具有正屈光度，补偿组3用于补偿变倍组2在变焦过程中或者外界温度变化时所造成的像面位置的偏移，调焦组对远近不同的物体进行聚焦并可在外界温度变化时补偿像面的离焦。
25.后固定组4位于补偿组3与聚焦组5之间，后固定组4由正弯月透镜组成。
26.聚焦组5位于后固定组4与探测器6之间，聚焦组5由凸面朝向物侧的正弯月透镜组成。
27.变倍组2、补偿组3和聚焦组5通过各自的驱动机构，均可进行前后移动，从而实现变焦和补偿作用，镜头由广角状态向长焦状态变化的过程中，变倍组2与前固定组1之间的距离逐渐增加，补偿组3与后固定组4之间的距离先逐渐减小后逐渐增加。
28.前固定组1和后固定组4相对于探测器6均为固定状态，且不可发生移动。
29.综上，该高能量连续变焦红外镜头，使用时，镜头由长焦状态(此时镜头具有最大焦距)变为广角状态的过程中，变倍组2与前固定组1之间的距离逐渐变小，补偿组3与后固定组4之间的距离先逐渐变大然后逐渐变小，当变倍组2与补偿组3之间的距离移动至最大时，整个镜头具有最小焦距，处于广角状态，通过以上透镜的排布以及相对位置的变化，可使镜头可使其f 值小于等于0.9，且具有5倍或5倍以上的变倍比，可以更好的实现大视场的目标搜索和小视场下目标的仔细观察，同时，由于采用5了个透镜即完成了该镜头的设计，使得整个镜头具有较高的光线透过率，保证了成像质量；
30.通过补偿组3配合变倍组2的移动，可用于补偿变倍组2在变焦过程中造成的像面位置的偏移，同时，通过补偿组3的移动，还可补偿由于外界温度变化时所造成的像面偏移，聚焦组5由于对远近不同的物体进行聚焦，也可在外界温度变化时补偿像面的离焦，同时，在镜头有广角状态到长焦状态变化的过程中，镜头的f数一直保持到0.9，通光口径大，保证了镜头足够获得高能量。
31.为了对各透镜的焦距与镜头处于长焦时的焦距进行对比说明，设后固定组4、聚焦组5所组成的透镜系统为第四透镜单元，则前固定组1的焦距
ƒ
1、变倍组2的焦距
ƒ
2、第四透镜单元的焦距
ƒ
4满足不等式组(1)：
[0032][0033]
其中，f1、f2、f4分别为前固定组1、变倍组2和第四透镜单元的焦距， f
t
为镜头处于长焦常态时的焦距，正是由于前固定组1、变倍组2和第四透镜单元的焦距与长焦状态时的焦距具有如不等式(1)的关系，变倍组2在前固定组1与补偿组3之间移动的过程中，镜头才能既有高能量，又具有一定的变倍比；
[0034]
设前固定组1、变倍组2、补偿组3、固定组4、聚焦组5以及探测器6 朝向物侧和朝向像侧的曲面分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8、s9、s10，如图2所示，给出了个曲面的标号示意图，所示的变倍组2和补偿组3 所含有的4个曲面中有偶数个非球面；可将变倍组2朝向物侧的曲面s3和补偿组3朝向像侧的曲面s6加工为非球面；非球面具有屈光能力随着镜面距离光轴高度的加大而变强的形状，非球面具有较好的像差修正，能带来出的锐度和更高的分辨率；
[0035]
长焦状态即镜头处于望远状态，此时具有最窄的视场，但具有最大的焦距，前固定组1、变倍组2和第四透镜单元的焦距与长焦状态时的焦距满足了不等式(1)，前固定组1、变倍组2与第四透镜单元之间的距离在满足成像条件下，易于实现使其f值小于等于0.9，且具有5倍或5倍以上的变倍比。
[0036]
本发明的高能量连续变焦红外镜头，变倍组2和补偿组3所含有的4个曲面至少有两个非球面，非球面具有更加的曲率半径，可以进行像差修正，具有更好的锐度和更高的分辨率，便于获得较佳的成像性能。
[0037]
本发明的高能量连续变焦红外镜头，变倍组2朝向物侧的曲面和补偿组3 朝向像侧的曲面均为非球面；非球面通过公式(2)来确定：
[0038][0039]
z代表光轴方向的位置，r代表相对光轴的垂直方向上的高度，c代表曲率半径，k代表圆锥系数，α4、α6、α8
…
代表非球面系数，本发明的高能量连续变焦红外镜头，补偿组3朝向物侧的曲面处设置光阑；光学系统f系数变焦整个过程中均可以达到0.9；该系统适用于波长8-12μm的长波红外，曲面s3、s6的参数如表1所示：表1
[0040]
非球面kα4α6α8s3-1.8491.58
×
10-7
3.49
×
10-10
1.58
×
10-14
s81.52.36
×
10-7
5.28
×
10-10
2.36
×
10-14
[0041]
表1
[0042]
下面给出各个透镜的曲率半径、厚度、布设位置均已确定的具体实施例，各参数如表2所示：
[0043][0044]
表2
[0045]
由表2可知，前固定组1的厚度为10mm，前固定组1与变倍组2之间的距离为可变间距d1，依次类推，还可看出后固定组4与探测器6之间的距离为29.56mm。
[0046]
当镜头处于广角、中焦和长焦状态时，可变间距d1、d2和d3的数值如
[0047]
表3所示：
[0048][0049]
表3
[0050]
由此可见，整个镜头在广角状态下的有效焦距为30mm，在长焦状态下的焦距150mm，在焦距变化过程中f值始终保持在0.9，除此之外，还具有5倍的变倍比，更加适于广角状态时的搜索目标、长焦状态时的仔细观察目标，而且整个镜头只具有242mm的长度，结构紧凑。
[0051]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0052]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种高能量连续变焦红外镜头，包括前固定组(1)，其特征在于：所述前固定组(1)的右侧安装有变倍组(2)，所述变倍组(2)远离前固定组(1)的一侧设置有补偿组(3)，所述补偿组(3)的右侧连接有后固定组(4)，所述后固定组(4)远离补偿组(3)的一侧设置有聚焦组(5)，所述聚焦组(5)的右侧连接有探测器(6)，且探测器(6)的前方设置有探测器窗口，所述变倍组(2)、补偿组(3)、固定组(4)、聚焦组(5)、探测器窗口沿光轴依次设置于固定组(1)至探测器(6)之间，组成整个连续变焦红外镜头。2.根据权利要求1所述的一种高能量连续变焦红外镜头，其特征在于：所述前固定组(1)由正弯月透镜组成，且前固定组(1)的正弯月透镜的凸面朝向物侧。3.根据权利要求1所述的一种高能量连续变焦红外镜头，其特征在于：所述变倍组(2)位于前固定组(1)与补偿组(3)之间，所述变倍组(2)由双凹负镜组成。4.根据权利要求1所述的一种高能量连续变焦红外镜头，其特征在于：所述补偿组(3)位于变倍组(2)与后固定组(4)之间，所述补偿组(3)由正弯月透镜构成。5.根据权利要求1所述的一种高能量连续变焦红外镜头，其特征在于：所述后固定组(4)位于补偿组(3)与聚焦组(5)之间，所述后固定组(4)由正弯月透镜组成。6.根据权利要求1所述的一种高能量连续变焦红外镜头，其特征在于：所述聚焦组(5)位于后固定组(4)与探测器(6)之间，所述聚焦组(5)由凸面朝向物侧的正弯月透镜组成。7.根据权利要求1所述的一种高能量连续变焦红外镜头，其特征在于：所述变倍组(2)、补偿组(3)和聚焦组(5)通过各自的驱动机构，均可进行前后移动。8.根据权利要求1所述的一种高能量连续变焦红外镜头，其特征在于：所述前固定组(1)和后固定组(4)相对于探测器(6)均为固定状态，且不可发生移动。

技术总结

本发明公开了一种高能量连续变焦红外镜头，涉及红外镜头技术领域，具体一种高能量连续变焦红外镜头，包括前固定组，所述前固定组的右侧安装有变倍组，所述变倍组远离前固定组的一侧设置有补偿组。该高能量连续变焦红外镜头，通过变倍组、补偿组、后固定组和聚焦组之间的配合，利用依次采用双凹负透镜、凸面朝向物侧的正弯月正透镜、凸面朝向物侧的正弯月透镜、凸面朝向物侧的正弯月透镜，且其分别具有负、正、正、正屈光度，并通过变倍组在前固定组与补偿组之间的移动，不仅实现了镜头在广角状态与长焦状态之间的转化，而且可使其F值小于等于0.9，且具有5倍或5倍以上的变倍比，更加有利于大视场的目标搜索和小视场下目标的仔细观察。观察。观察。