專利名稱:一種變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng)及變焦裝置和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng)及變焦裝置和制造方法,具體是涉及多檔變
焦距紅外光學(xué)系統(tǒng)和直線切入的變焦裝置及制造方法。
背景技術(shù):
變焦距光學(xué)系統(tǒng),是利用光學(xué)系統(tǒng)中一組或以上的透鏡組的移動(dòng),改變系統(tǒng)的組
合焦距,同時(shí)保持最后像面不變。由于變焦距光學(xué)系統(tǒng)能在一定范圍內(nèi)迅速改變系統(tǒng)的焦
距,獲得不同比例的象與視場(chǎng),在光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中均得到了大量運(yùn)用。變焦距紅外光學(xué)系
統(tǒng),則是采用工作于紅外波段的紅外光學(xué)材料作為透鏡組元,將外界的紅外能量輻射進(jìn)行
聚焦,會(huì)聚成像到紅外探測(cè)器靶面上。光學(xué)系統(tǒng)由固定透鏡組元與移動(dòng)透鏡組元組成,移動(dòng)
透鏡組元在系統(tǒng)中移動(dòng)改變焦距以獲得不同的視場(chǎng)倍率,實(shí)現(xiàn)不同的觀察效果。 變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng),特別是與制冷型探測(cè)器配合使用時(shí),需要確保系統(tǒng)孔徑光
闌與探測(cè)器冷屏相吻合,從而實(shí)現(xiàn)制冷型探測(cè)器所需的100%冷光闌效應(yīng)。因此,傳統(tǒng)變
焦距紅外光學(xué)系統(tǒng)一般是采用變焦透鏡組沿光軸方向移動(dòng),在不同的位置實(shí)現(xiàn)不同的光焦
度,從而獲得不同的放大倍率。 一般有兩檔變焦與連續(xù)變焦兩種變焦方式,前者是利用變倍
組的兩個(gè)共軛位置變焦成像,后者則是采用多個(gè)鏡組移動(dòng)補(bǔ)償變焦成像。傳統(tǒng)方式變焦的
光學(xué)系統(tǒng)變焦透鏡組始終處于光路中參與成像,對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)焦距都產(chǎn)生作用,這種技術(shù)
方式存在以下主要缺陷 (1)長焦系統(tǒng)透鏡多,透過率相對(duì)不高。由于變焦鏡組始終處于光路中參與成像,
為了同時(shí)兼顧長短焦各個(gè)視場(chǎng)的成像質(zhì)量,系統(tǒng)需要較多數(shù)量的透鏡進(jìn)行像差平衡與整體
優(yōu)化,從而造成系統(tǒng)長焦端透鏡數(shù)量多,透過率不高,制約了系統(tǒng)作用距離的提高。
(2)像質(zhì)受到變焦因素影響。由于變焦鏡組在各個(gè)視場(chǎng)均參與成像,因此變焦鏡組
的加工誤差與裝調(diào)定位誤差就直接對(duì)各個(gè)視場(chǎng)的成像質(zhì)量造成負(fù)面影響,制約了系統(tǒng)分辨
能力的提高。
(3)視場(chǎng)與運(yùn)動(dòng)組元數(shù)量有限制。利用變倍組的共軛位置成像的兩倍變焦系統(tǒng)只
能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)視場(chǎng)的變換,而連續(xù)變焦系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)視場(chǎng)變換,但運(yùn)動(dòng)組元多,而且系統(tǒng)
變倍倍率越大,系統(tǒng)變倍組軸向移動(dòng)行程就越長,視場(chǎng)切換時(shí)間也就越長。 近年來出現(xiàn)了采用翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩檔變焦的紅外光學(xué)系統(tǒng),與傳統(tǒng)的變焦形
式有所區(qū)別,得到了一定的應(yīng)用。但這種變倍透鏡組旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)變焦的方式,由于運(yùn)動(dòng)方
式所限,為了避免變倍透鏡組切割長焦光線,需要變倍透鏡組的正負(fù)透鏡之間留出足夠的
間隔,以保證長焦光路不受影響,變倍透鏡組的軸向長度就比較長,也限制了光學(xué)設(shè)計(jì)的自
由度;同時(shí)由于變倍透鏡組軸向長度太長,采用這種變焦方式的系統(tǒng)在空間有限的情況下,
一般工作視場(chǎng)只設(shè)置2個(gè)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)軸向運(yùn)動(dòng)變焦系統(tǒng)與翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變焦系統(tǒng)存在的不足,本發(fā)明采用直線切入變焦方式的多檔變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)變焦 距方式的缺陷,能夠有效提高系統(tǒng)作用距離與分辨能力,實(shí)現(xiàn)多檔焦距與視場(chǎng)。
本發(fā)明一種變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)方案是 —種變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng),其特征在于它包括一個(gè)長焦透鏡組和變倍透鏡組,透 鏡材料均是能工作于紅外波段的光學(xué)材料;所述長焦透鏡組由前固定透鏡組和后固定透鏡 組構(gòu)成;變倍透鏡組位于前固定透鏡組和后固定透鏡組之間 當(dāng)長焦成像時(shí),變倍透鏡組位于前固定透鏡組與后固定透鏡組之間的光路以外; 當(dāng)變焦距成像時(shí),變倍透鏡組通過控制機(jī)構(gòu)平行移動(dòng)直線切入前固定透鏡組與后固定透鏡 組之間的光路中,且直線切入時(shí)的變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組之間的中心光
軸重合。
進(jìn)一步的、具有附加技術(shù)特征的技術(shù)方案是 所述的變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng),其前固定透鏡組包括前第一固定透鏡和前第二固定 透鏡;變倍透鏡組每組由至少兩個(gè)透鏡構(gòu)成。 所述的變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng),其控制機(jī)構(gòu)是包括有直線導(dǎo)軌的手動(dòng)機(jī)構(gòu)或電動(dòng)機(jī) 構(gòu)。 所述的變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng),其透鏡材料是單晶鍺或單晶硅。
本發(fā)明一種紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置的技術(shù)方案是 —種紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置,其特征在于它有一個(gè)殼體,其內(nèi)部安裝有光學(xué)透鏡 組,包括一個(gè)長焦透鏡組和變倍透鏡組;透鏡材料均是能工作于紅外波段的光學(xué)材料;所 述長焦透鏡組由安裝于殼體一端的前固定透鏡組和安裝于殼體另一端的后固定透鏡組組 成;前固定透鏡組與后固定透鏡組之間有一個(gè)用于平行直線移動(dòng)變倍透鏡組的控制機(jī)構(gòu); 該控制機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)軌,絲桿以及殼體外的電機(jī);導(dǎo)軌垂直于前固定透鏡組與后固定透鏡組 之間的前、后固定透鏡組中心光軸,變倍透鏡組安裝在導(dǎo)軌上;用于驅(qū)動(dòng)變倍透鏡組的絲桿 與變倍透鏡組連接,電機(jī)與絲桿連接;當(dāng)長焦成像時(shí),變倍透鏡組位于前固定透鏡組與后固 定透鏡組之間的光路以外;當(dāng)變焦距成像時(shí),變倍透鏡組通過控制機(jī)構(gòu)平行移動(dòng)直線切入 前固定透鏡組與后固定透鏡組之間的光路中,且變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組 之間的中心光軸重合。 進(jìn)一步的、具有附加技術(shù)特征的技術(shù)方案是 所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置,其前固定透鏡組由兩個(gè)固定透鏡構(gòu)成;后固定透 鏡組由一個(gè)透鏡組或一個(gè)反射鏡與一個(gè)透鏡組構(gòu)成。 所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置,其變倍透鏡組有一組或多組,每組由兩個(gè)或不少 于兩個(gè)透鏡構(gòu)成。 所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置,其變倍透鏡組有兩組,它是能分別切入前固定透 鏡組與后固定透鏡組之間的光路中的第一變倍透鏡組和第二變倍透鏡組;該第一變倍透鏡 組和第二變倍透鏡組均由三個(gè)透鏡構(gòu)成;第一變倍透鏡組和第二變倍透鏡組各自有獨(dú)立的 導(dǎo)軌,絲桿及電機(jī)。 所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置,其透鏡材料均是能工作于紅外波段的光學(xué)材料。
本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)上述紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置的制造方法,它包括下述步驟
A、光學(xué)透鏡組的確定前固定透鏡組與后固定透鏡組是正焦距組元,變倍透鏡組
5由負(fù)正組合的透鏡組構(gòu)成,在確定前固定透鏡組焦距與后固定透鏡組放大倍率后,再計(jì)算 變倍透鏡組的負(fù)正透鏡組的焦距;透鏡材料均是能工作于紅外波段的光學(xué)材料;
B、控制機(jī)構(gòu)的制造控制機(jī)構(gòu)是變倍透鏡組的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也是支撐機(jī)構(gòu),各組件的 技術(shù)參數(shù)包括 a、組件配合精度用于滿足變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組之間的中心 光軸重合度; b、螺桿、電機(jī)參數(shù)用于限定直線切入時(shí)變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組 之間的中心光軸重合及分離的速度; c、變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組之間的中心光軸重合及分離的定位精
確度參數(shù),以光軸到位和偏移精度計(jì)量。 進(jìn)一步的、具有附加技術(shù)特征的技術(shù)方案是 所述紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置的制造方法,其變倍透鏡組負(fù)正透鏡組的焦距是通過 光路計(jì)算中的正切計(jì)算法來獲得 首先,初始設(shè)定前固定透鏡組與變倍透鏡組的間隔、變倍透鏡組負(fù)正透鏡之間的 間隔、變倍透鏡組到一次成像面的間隔,開始追跡一條已知投射高的光線,通過計(jì)算得到該 光線在各個(gè)鏡組的入射孔徑角、出射孔徑角、投射高;然后通過公式tanU' = tanU+h/f' 與h' = h-dtanU分別得到變倍透鏡組的負(fù)正透鏡組的焦距。
本發(fā)明的突出特點(diǎn)和積極效果主要有 (1)能夠有效減少系統(tǒng)長焦端透鏡數(shù)量,提高紅外光學(xué)系統(tǒng)長焦透過率。切換變焦 距紅外光學(xué)系統(tǒng)在長焦端工作時(shí),變倍透鏡組是位于光路以外而不參與長焦成像,這樣長 焦端的系統(tǒng)透鏡數(shù)量可以大大減少,從而提高長焦系統(tǒng)透過率,提高系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)的 探測(cè)能力。 (2)能夠有效減少系統(tǒng)的誤差因素,提高系統(tǒng)長焦端像質(zhì)。切換變焦距紅外光學(xué)系 統(tǒng)的變倍透鏡組在長焦成像時(shí)處于光路以外,因此對(duì)長焦成像質(zhì)量不構(gòu)成影響,這樣變焦 鏡組的加工誤差與裝調(diào)定位誤差就不會(huì)影響長焦端的成像質(zhì)量,從而保證長焦系統(tǒng)擁有更 優(yōu)的像質(zhì),提高了系統(tǒng)長焦端的分辨能力。 (3)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)視場(chǎng)的自由組合。利用變倍透鏡組在長焦成像處于光路以外且 設(shè)計(jì)自由度大的特點(diǎn),可以設(shè)計(jì)多個(gè)變倍透鏡組,與長焦視場(chǎng)組合使用,實(shí)現(xiàn)多個(gè)視場(chǎng)靈活 多變的自由組合,甚至在使用中可以直接從長焦切換到短焦,而不需要中間視場(chǎng)的過渡。
圖1為本發(fā)明變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng)的長焦透鏡組原理示意圖; 圖2為本發(fā)明變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng)的變倍透鏡組直線切入長焦透鏡組后的原理 示意圖; 圖3為本發(fā)明變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng)有兩個(gè)變倍透鏡組的原理示意圖; 圖4為本發(fā)明一種紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置結(jié)構(gòu)剖視圖; 圖5為小視場(chǎng)傳函圖; 圖6為中視場(chǎng)傳函圖; 圖7為大視場(chǎng)傳函圖。
圖中標(biāo)記對(duì)應(yīng)的名稱如下 1-長焦透鏡組;1. 1-前固定透鏡組;1. 2-后固定透鏡組;1. la-前第一固定透鏡; 1. lb-前第二固定透鏡;1. 10-前、后固定透鏡組之間的中心光軸;2-變倍透鏡組;2. 1_第
一變倍透鏡組;2. 2-第二變倍透鏡組;2. 10-第一變倍透鏡組中心光軸;2. 20_第二變倍透 鏡組中心光軸;3-控制機(jī)構(gòu);3. 1-導(dǎo)軌;3. 2-絲桿;3. 3-電機(jī);3. 4-聯(lián)軸器;4-殼體。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明如下 如圖1、2、3所示,是本發(fā)明一種變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例 —種變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng),它有一個(gè)長焦透鏡組1和變倍透鏡組2,透鏡材料均
是能工作于紅外波段的光學(xué)材料;所述長焦透鏡組1由前固定透鏡組1. 1和后固定透鏡組
1. 2構(gòu)成;變倍透鏡組2位于前固定透鏡組1. 1和后固定透鏡組1. 2之間當(dāng)長焦成像時(shí),
變倍透鏡組2位于前固定透鏡組1. 1與后固定透鏡組1. 2之間的光路以外;當(dāng)變焦距成像
時(shí),變倍透鏡組2通過控制機(jī)構(gòu)平行移動(dòng)直線切入前固定透鏡組1. 1與后固定透鏡組1. 2
之間的光路中,且直線切入時(shí)的變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組之間的中心光軸
1. 10重合。所述的前固定透鏡組1. 1有前第一固定透鏡1. la和前第二固定透鏡1. lb ;變
倍透鏡組2每組由至少兩個(gè)透鏡構(gòu)成。本實(shí)施例變倍透鏡組2有兩組,每組由三個(gè)透鏡構(gòu)
成。所述的控制機(jī)構(gòu)有直線導(dǎo)軌的電動(dòng)機(jī)構(gòu),也可以是手動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述的透鏡材料是單晶
鍺,也可選用單晶硅。 如圖4所示,是本發(fā)明一種紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置的實(shí)施例 —種紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置,它有一個(gè)殼體4,其內(nèi)部安裝有光學(xué)透鏡組,內(nèi)部有 一個(gè)長焦透鏡組1和變倍透鏡組2 ;透鏡材料均是能工作于紅外波段的光學(xué)材料;所述長焦 透鏡組1由安裝于殼體4 一端的前固定透鏡組1. 1和安裝于殼體4另一端的后固定透鏡組 1. 2組成;前固定透鏡組1. 1與后固定透鏡組1. 2之間有一個(gè)用于平行直線移動(dòng)變倍透鏡 組2的控制機(jī)構(gòu)3 ;該控制機(jī)構(gòu)3有導(dǎo)軌3. 1,絲桿3.2以及殼體4外的電機(jī)3.3 ;導(dǎo)軌3. 1 垂直于前固定透鏡組1. 1與后固定透鏡組1. 2之間的前、后固定透鏡組中心光軸1. O,變倍 透鏡組2安裝在導(dǎo)軌3. 1上;用于驅(qū)動(dòng)變倍透鏡組2的絲桿3. 2與變倍透鏡組2連接,電 機(jī)3. 3與絲桿3. 2連接;當(dāng)長焦成像時(shí),變倍透鏡組2位于前固定透鏡組1. 1與后固定透鏡 組1. 2之間的光路以外;當(dāng)變焦距成像時(shí),變倍透鏡組2通過控制機(jī)構(gòu)3平行移動(dòng)直線切入 前固定透鏡組1. 1與后固定透鏡組1. 2之間的光路中,且變倍透鏡組中心光軸與前、后固定 透鏡組之間的中心光軸1. 0重合。所述的前固定透鏡組1. 1由兩個(gè)固定透鏡構(gòu)成;后固定 透鏡組1.2由一個(gè)反射鏡與一個(gè)透鏡組構(gòu)成,也可以是由一個(gè)透鏡組構(gòu)成。所述的變倍透 鏡組2有一組或多組,每組由兩個(gè)或不少于兩個(gè)透鏡構(gòu)成,本實(shí)施例變倍透鏡組2有兩組, 每組由三個(gè)透鏡構(gòu)成,它是能分別切入前固定透鏡組1. 1與后固定透鏡組1. 2之間的光路 中的第一變倍透鏡組2. 1和第二變倍透鏡組2. 2 ;該第一變倍透鏡組2. 1和第二變倍透鏡 組2. 2均由三個(gè)透鏡構(gòu)成;第一變倍透鏡組2. 1和第二變倍透鏡組2. 2各自有獨(dú)立的導(dǎo)軌 3. 1,絲桿3.2及電機(jī)3.3。透鏡材料均是能工作于紅外波段的光學(xué)材料,具體用單晶鍺,也 可選用單晶硅。 如圖5、6、7所示是本實(shí)施例的技術(shù)效果部分圖
紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置完成了前固定透鏡組1. 1、后固定透鏡組1. 2、第一變倍透 鏡組2. 1、第二變倍透鏡組2. 2、切入運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等各個(gè)組件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化紅外光學(xué)系統(tǒng)的 前固定組1. 1與后固定組1. 2形成系統(tǒng)的小視場(chǎng),當(dāng)?shù)谝蛔儽锻哥R組2. 1切入系統(tǒng)后形成 系統(tǒng)的大視場(chǎng),當(dāng)?shù)诙儽锻哥R組2. 2切入系統(tǒng)后形成系統(tǒng)的中視場(chǎng),從而形成三檔工作 視場(chǎng),如圖5為小視場(chǎng)傳函圖、如圖6為中視場(chǎng)傳函圖、如圖7為大視場(chǎng)傳函圖,三檔工作視 場(chǎng)之間能夠自由切換使用。整體系統(tǒng)為二次成像形式,滿足制冷型紅外系統(tǒng)100%冷光闌效 應(yīng)。三個(gè)視場(chǎng)的傳函優(yōu)良,彌散斑滿足系統(tǒng)分辨需求,在系統(tǒng)工作溫度范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)不同 溫度的像面補(bǔ)償,各個(gè)視場(chǎng)的冷反射都在可接收范圍內(nèi),成像結(jié)果能夠滿足使用需求。直線 切入的控制機(jī)構(gòu)能夠迅速切入變倍透鏡組,實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)變換,最終滿足了多檔視場(chǎng)的觀察目 的。 紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置還有實(shí)施例與上述變焦裝置不同的是,其變倍透鏡組2 有一組,由三個(gè)透鏡構(gòu)成,因此,控制機(jī)構(gòu)3只有一個(gè)導(dǎo)軌3. 1 , 一個(gè)絲桿3. 2, 一個(gè)電機(jī)3. 3。
本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)上述紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置的制造方法,其步驟如下
A、光學(xué)透鏡組的確定前固定透鏡組l. l與后固定透鏡組l. 2是正焦距組元,變倍 透鏡組2由負(fù)正組合的透鏡組構(gòu)成,在確定前固定透鏡組1. 1焦距與后固定透鏡組1. 2放 大倍率后,再計(jì)算變倍透鏡組2的負(fù)正透鏡組的焦距;透鏡材料均是能工作于紅外波段的 光學(xué)材料,具體用單晶鍺,也可選用單晶硅; B、控制機(jī)構(gòu)的制造控制機(jī)構(gòu)3是變倍透鏡組2的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也是支撐機(jī)構(gòu),各組件 的技術(shù)參數(shù)包括 a)組件配合精度用于滿足變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組之間的中心 光軸1. 0重合度; b)螺桿3. 2、電機(jī)3. 3參數(shù)用于限定直線切入時(shí)變倍透鏡組中心光軸與前、后固 定透鏡組之間的中心光軸1. 10重合及分離的速度; c)變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組之間的中心光軸1. 10重合及分離的 定位精確度參數(shù),以光軸到位和偏移精度計(jì)量; 變倍透鏡組2負(fù)正透鏡組的焦距是通過光路計(jì)算中的正切計(jì)算法來獲得
首先,初始設(shè)定前固定透鏡組1. 1與變倍透鏡組2的間隔、變倍透鏡組2負(fù)正透 鏡之間的間隔、變倍透鏡組2到一次成像面的間隔,開始追跡一條已知投射高的光線,通過 計(jì)算得到該光線在各個(gè)鏡組的入射孔徑角、出射孔徑角、投射高;然后通過公式tanU'= tanU+h/f'與h' = h-dtanU,對(duì)各個(gè)鏡組反復(fù)運(yùn)算,分別得到變倍透鏡組2的負(fù)正透鏡組 的焦距。
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權(quán)利要求
一種變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng),其特征在于它包括一個(gè)長焦透鏡組(1)和變倍透鏡組(2),透鏡材料均是能工作于紅外波段的光學(xué)材料;所述長焦透鏡組(1)由前固定透鏡組(1.1)和后固定透鏡組(1.2)構(gòu)成;變倍透鏡組(2)位于前固定透鏡組(1.1)和后固定透鏡組(1.2)之間當(dāng)長焦成像時(shí),變倍透鏡組(2)位于前固定透鏡組(1.1)與后固定透鏡組(1.2)之間的光路以外;當(dāng)變焦距成像時(shí),變倍透鏡組(2)通過控制機(jī)構(gòu)平行移動(dòng)直線切入前固定透鏡組(1.1)與后固定透鏡組(1.2)之間的光路中,且直線切入時(shí)的變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組之間的中心光軸(1.10)重合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng),其特征在于所述前固定透鏡組(1. 1) 包括前第一固定透鏡(1. la)和前第二固定透鏡(1. lb);變倍透鏡組(2)每組由至少兩個(gè)透鏡構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng),其特征在于所述控制機(jī)構(gòu)是包括有直線導(dǎo)軌的手動(dòng)機(jī)構(gòu)或電動(dòng)機(jī)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng),其特征在于所述透鏡材料是單晶鍺或單晶硅。
5. —種紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置,其特征在于它有一個(gè)殼體(4),其內(nèi)部安裝有光學(xué) 透鏡組,包括一個(gè)長焦透鏡組(1)和變倍透鏡組(2);透鏡材料均是能工作于紅外波段的 光學(xué)材料;所述長焦透鏡組(1)由安裝于殼體(4) 一端的前固定透鏡組(1. 1)和安裝于 殼體(4)另一端的后固定透鏡組(1. 2)組成;前固定透鏡組(1. 1)與后固定透鏡組(1. 2) 之間有一個(gè)用于平行直線移動(dòng)變倍透鏡組(2)的控制機(jī)構(gòu)(3);該控制機(jī)構(gòu)(3)包括導(dǎo)軌(3. l),絲桿(3.2)以及殼體(4)外的電機(jī)(3.3);導(dǎo)軌(3. 1)垂直于前固定透鏡組(1. 1) 與后固定透鏡組(1.2)之間的前、后固定透鏡組中心光軸(l.O),變倍透鏡組(2)安裝在導(dǎo) 軌(3. 1)上;用于驅(qū)動(dòng)變倍透鏡組(2)的絲桿(3. 2)與變倍透鏡組(2)連接,電機(jī)(3. 3)與 絲桿(3. 2)連接;當(dāng)長焦成像時(shí),變倍透鏡組(2)位于前固定透鏡組(1. 1)與后固定透鏡組(1. 2)之間的光路以外;當(dāng)變焦距成像時(shí),變倍透鏡組(2)通過控制機(jī)構(gòu)(3)平行移動(dòng)直線 切入前固定透鏡組(1. 1)與后固定透鏡組(1.2)之間的光路中,且變倍透鏡組中心光軸與 前、后固定透鏡組之間的中心光軸(1.0)重合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置,其特征在于所述前固定透鏡組 (1.1)由兩個(gè)固定透鏡構(gòu)成;后固定透鏡組(1.2)由一個(gè)透鏡組或一個(gè)反射鏡與一個(gè)透鏡 組構(gòu)成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置,其特征在于所述變倍透鏡組(2) 有一組或多組,每組由兩個(gè)或不少于兩個(gè)透鏡構(gòu)成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置,其特征在于所述變倍透鏡組(2) 有兩組,它是能分別切入前固定透鏡組(1. 1)與后固定透鏡組(1.2)之間的光路中的第一 變倍透鏡組(2. 1)和第二變倍透鏡組(2. 2);該第一變倍透鏡組(2. 1)和第二變倍透鏡組 (2. 2)均由三個(gè)透鏡構(gòu)成;第一變倍透鏡組(2. 1)和第二變倍透鏡組(2. 2)各自有獨(dú)立的 導(dǎo)軌(3. l),絲桿(3. 2)及電機(jī)(3. 3)。
9. 一種生產(chǎn)權(quán)利要求5至8任何一個(gè)權(quán)利要求所述紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置的制造方 法,其特征在于,它包括下述步驟A、 光學(xué)透鏡組的確定前固定透鏡組(1. 1)與后固定透鏡組(1.2)是正焦距組元,變倍透鏡組(2)由負(fù)正組合的透鏡組構(gòu)成,在確定前固定透鏡組(1. 1)焦距與后固定透鏡組 (1. 2)放大倍率后,再計(jì)算變倍透鏡組(2)的負(fù)正透鏡組的焦距;透鏡材料均是能工作于紅外波段的光學(xué)材料;B、 控制機(jī)構(gòu)的制造控制機(jī)構(gòu)(3)是變倍透鏡組(2)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也是支撐機(jī)構(gòu),各組件的技術(shù)參數(shù)包括a) 組件配合精度用于滿足變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組之間的中心光軸 (1. 0)重合度;b) 螺桿(3. 2)、電機(jī)(3. 3)參數(shù)用于限定直線切入時(shí)變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組之間的中心光軸(1. 10)重合及分離的速度;c) 變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組之間的中心光軸(1. 10)重合及分離的定位精確度參數(shù),以光軸到位和偏移精度計(jì)量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述紅外光學(xué)系統(tǒng)變焦裝置的制造方法,其特征在于,所述變倍透鏡組(2)負(fù)正透鏡組的焦距是通過光路計(jì)算中的正切計(jì)算法來獲得首先,初始設(shè)定前固定透鏡組(1. 1)與變倍透鏡組(2)的間隔、變倍透鏡組(2)負(fù)正透 鏡之間的間隔、變倍透鏡組(2)到一次成像面的間隔,開始追跡一條已知投射高的光線,通 過計(jì)算得到該光線在各個(gè)鏡組的入射孔徑角、出射孔徑角、投射高;然后通過公式tanU' =tanU+h/f'與h' 二h-dtanU分別得到變倍透鏡組(2)的負(fù)正透鏡組的焦距。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變焦距紅外光學(xué)系統(tǒng)及變焦裝置和制造方法,具體是涉及多檔變焦紅外光學(xué)系統(tǒng)和直線切入的變焦裝置及制造方法。它包括一個(gè)長焦透鏡組和變倍透鏡組,透鏡材料均是能工作于紅外波段的光學(xué)材料;所述長焦透鏡組由前固定透鏡組和后固定透鏡組構(gòu)成;變倍透鏡組位于前固定透鏡組和后固定透鏡組之間當(dāng)長焦成像時(shí),變倍透鏡組位于前固定透鏡組與后固定透鏡組之間的光路以外;當(dāng)變焦距成像時(shí),變倍透鏡組通過控制機(jī)構(gòu)平行移動(dòng)直線切入前固定透鏡組與后固定透鏡組之間的光路中,且變倍透鏡組中心光軸與前、后固定透鏡組之間的中心光軸重合。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是采用直線切入變焦方式的多檔變焦紅外光學(xué)系統(tǒng),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)變焦方式的缺陷,能夠有效提高系統(tǒng)作用距離與分辨能力,實(shí)現(xiàn)多檔焦距與視場(chǎng)。
文檔編號(hào)G02B15/16GK101750723SQ200910273508
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者周運(yùn)義, 李勇, 楊長城, 耿安兵, 郭良賢 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一七研究所