CN104820280A - 一种连续变焦红外镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续变焦红外镜头，该镜头能提高成像质量。连续变焦红外镜头包括第一透镜组为前固定组；第二透镜组为变焦组；第三透镜组为补偿组；第四透镜组为后固定组；第五透镜组为调焦组，用于补偿不同物距、不同温度下像面位置的偏移；还包括变倍驱动凸轮。本发明的有益效果：本发明的长波红外连续变焦镜头，显著提高了探测作用距离及成像质量，降低了成本，并且能达到良好的成像效果。利用曲线拟合技术设计变焦凸轮曲线制做的变倍驱动凸轮,有效解决变焦过程中的像面位移问题。
Description
技术领域
本发明涉及红外光学技术，具体涉及一种连续变焦红外镜头。
背景技术
红外热像是一种全被的,无需光照工作,能远距离探测、识别目标，并能探测目标温度的技术，广泛应用于夜视、医用、军用、安保等领域，具有广阔的应用前景和使用价值。近年来，红外成像技术的应用广度和深度都有了长足的发展。
红外产品用于目标探测时，利用连续变焦镜头长短焦自由变换功能可实现 “大范围搜索、重点监测”。已有的焦镜头结构十分复杂，需要很多镜片，而红外变焦镜头由于用到稀缺的锗材料，从成本上看，没有优势，而且过多镜片的使用，会使镜头透过率降低，影响探测识别率。另一方面，现有技术的连续变焦红外镜头的设计技术上仍沿用传统的方法，用高斯光学求解的方法设计变倍凸轮曲线，这一方法在处理F数较大的可见光产品是有效的，但长波红外产品住住是F1.0或F数更小，像差的原因会导致最佳像面偏离高斯像面，产生像面位移，严重降低成像质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种连续变焦红外镜头，以提高成像质量，并使变焦过程平稳，不发生像面位移。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种连续变焦红外镜头，其特征在于：所述连续变焦红外镜头包括由物方到成像方依次设置的具有正屈光度的第一透镜组、具有负屈光度的第二透镜组、具有正屈光度的第三透镜组、具有负屈光度的第四透镜组、具有正屈光度的一第五透镜组；
其中，第一透镜组为前固定组，用于会聚收光；第二透镜组为变焦组，用于改变所述变焦镜头的焦距；第三透镜组为补偿组，用于补偿所述变焦镜头在变焦过程中的像面移动；第四透镜组为后固定组；第五透镜组为调焦组，用于补偿不同物距、不同温度下像面位置的偏移。
优选的，所述第一透镜组由一片具有正屈光度的凸面朝向物侧的第一弯月形锗正透镜构成。
优选的，所述第二透镜组由一片双凹形锗负透镜构成。
优选的，所述第三透镜组由一片双凸型锗正透镜构成。
优选的，所述第四透镜组由一凹面朝向物侧的弯月形锗负透镜构成。
优选的，所述第五透镜组由一片凸锗正透镜构成。
优选的，所述的连续变焦红外镜头还包括由变焦凸轮曲线制做的变倍驱动凸轮。
本发明的有益效果：本发明的长波红外连续变焦镜头，增加了后固定组，在固定组镜片上加工的衍射光学结构，能有效校正像差，从简化变焦组、补偿组的结构；这样的设计，减少了镜头镜片的总数，有好的透过率，显著提高了探测距离及成像质量，降低了成本，并且能达到良好的成像效果；由于变焦组、补偿组工作时是移动的，其结构简化后，重量及体积减少，不仅方便电机驱动，还提高系统稳定性。
附图说明
图1 是本发明连续变焦红外镜头的结构示意图；
图2是本发明连续变焦红外镜头在中焦位置的结构示意图；
图3是本发明连续变焦红外镜头在短焦位置的结构示意图；
图4是本发明连续变焦红外镜头变倍驱动凸轮的结构示意图。
具体实施方式
图1、图2、图3分别是本发明实施例的变焦镜头在长焦、中焦、短焦位置的示意图。图1-3中，200示意物侧端，160示意像侧端。如图1所示，本实施例的变焦镜头包括：由物方到成像方依次设置的具有正屈光度的第一透镜组110、具有负屈光度的第二透镜组120、具有正屈光度的第三透镜组130、具有负屈光度的第四透镜组140、具有正屈光度的一第五透镜组150。
其中，第一透镜组110为前固定组，用于会聚收光。第一透镜组110由一片具有正屈光度的凸面朝向物侧的第一弯月形锗正透镜112构成。由于第一透镜组110的镜片都是普通球面镜片，制作工艺较为简单，且精度易于保证，能有效降低生产成本和难度。
第二透镜组120为变焦组，用于改变变焦镜头的焦距，增加变倍倍率。其中第二透镜组120是由一片双凹形锗负透镜122构成。第三透镜组130为补偿组，由一片双凸型锗正透镜132构成，其作用是用于补偿变焦镜头在变焦过程中的像面位置的偏移。第二透镜组120和第三透镜组130适于在第一透镜组110与第四透镜组140之间移动。
具体而言，欲将变焦镜头的倍率自长焦端调整至短焦端时，则使第二透镜组120朝向物侧200移动，同时，作为补偿组的第三透镜组先朝物侧200移动，然后向第四透镜组140侧移动，其作用是补偿第二透镜组120移动引起的像面移动。
第四透镜组140为后固定组，由一凹面朝向物侧的弯月形锗负透镜142构成。其作用是将物方的景物会聚成系统的一次实像。变焦镜头的一次实像在第一反射镜160与第五透镜组150之间。
第五透镜组150为调焦组，由一片凸锗正透镜152构成，其作用是补偿不同物距不同温度下像面位置的偏移。
为了提高系统像质，改善系统温度变化对像质的影响，双凹形锗负透镜122两面采用了非球面，双凸型锗正透镜132有一面采用了非球面及衍射面，弯月形锗负透镜142有一面采用了非球面。
为了解决变焦过程中的像面位移问题，利用曲线拟合法设计的变焦曲线，并以该曲线制做的变倍驱动凸轮300，如图4所示的，该凸轮驱动变倍组和补偿组按设定的路径同步移动，达到无像面位移的稳定的变焦效果。变焦凸轮由两条曲线组成，凸轮曲线加工于凸轮筒上，体现为曲线槽310，导钉在曲线槽310内移动，带动镜片完成变焦动作。曲线槽310以三组式对称分布在凸轮筒圆周上，三组对称分布的曲线槽310稳定的支撑、驱动着镜片组，完成变焦动作。
值得一提的是，本实施例的变焦镜头由五片透镜组成，而且避免了把非球面和衍射面设在口径较大的第一透镜组110的透镜上。易于加工制作，精度得到保证的同时可有效降低生产成本。
本发明的变焦镜头具有良好的成像质量，因此，上述变焦镜头可以应用于640×512元或更大面阵制冷型长波探测器的红外成像设备中，该设备的核心组件之一为连续变焦红外镜头，通过移动不同的透镜组实现连续变焦，同时保持像面清晰。可以达到大视场搜索目标，变焦过程中跟踪目标，小视场仔细观察目标的目的，因而具有强烈的应用需求。
由上述实施例可以看出，本发明避免在口径较大的第一透镜组上设非球面。易于光学加工制作，且精度易于保证，从而降低生产成本。本发明采用衍射面可矫正色差，提高像质，且可减小温度变化对像质的影响。
Claims (7)
1.一种连续变焦红外镜头，其特征在于：所述连续变焦红外镜头包括由物方到成像方依次设置的具有正屈光度的第一透镜组、具有负屈光度的第二透镜组、具有正屈光度的第三透镜组、具有负屈光度的第四透镜组、具有正屈光度的一第五透镜组；
其中，第一透镜组为前固定组，用于会聚收光；第二透镜组为变焦组，用于改变所述变焦镜头的焦距；第三透镜组为补偿组，用于补偿所述变焦镜头在变焦过程中的像面移动；第四透镜组为后固定组；第五透镜组为调焦组，用于补偿不同物距、不同温度下像面位置的偏移。
2.根据权利要求1所述的连续变焦红外镜头，其特征在于：所述第一透镜组由一片具有正屈光度的凸面朝向物侧的第一弯月形锗正透镜构成。
3.根据权利要求2所述的连续变焦红外镜头，其特征在于：所述第二透镜组由一片双凹形锗负透镜构成。
4.根据权利要求3所述的连续变焦红外镜头，其特征在于：所述第三透镜组由一片双凸型锗正透镜构成。
5.根据权利要求4所述的连续变焦红外镜头，其特征在于：所述第四透镜组由一凹面朝向物侧的弯月形锗负透镜构成。
6.根据权利要求5所述的连续变焦红外镜头，其特征在于：所述第五透镜组由一片凸锗正透镜构成。
7.根据权利要求6所述的连续变焦红外镜头，其特征在于：所述的连续变焦红外镜头还包括由变焦凸轮曲线制做的变倍驱动凸轮。
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