專利名稱：一種中波紅外連續(xù)變焦鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種中波紅外連續(xù)變焦鏡頭。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，紅外成像技術(shù)的應(yīng)用廣度和深度都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，中波制冷型探測(cè)器由于其靈敏度高，其價(jià)格比同類型長(zhǎng)波探測(cè)器具有明顯優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)，在目標(biāo)搜尋、導(dǎo)彈預(yù)警探測(cè)、情報(bào)偵察等軍事和相關(guān)的民用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在許多特殊場(chǎng)合，紅外雙視場(chǎng)乃至三視場(chǎng)鏡頭已不能滿足應(yīng)用需求。中波紅外連續(xù)變焦成像系統(tǒng)的核心組件之一為中波紅外變焦鏡頭，通過(guò)移動(dòng)不同的透鏡組實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦，同時(shí)保持像面清晰，能夠?qū)崿F(xiàn)大視場(chǎng)搜索目標(biāo)、變焦過(guò)程中跟蹤目標(biāo)、小視場(chǎng)仔細(xì)觀察目標(biāo)的目的，因而具有強(qiáng)烈的應(yīng)用需求。之前報(bào)道的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭主要適用于320X256元小面陣的探測(cè)器。如華中光電研究所的王海濤等人在《紅外技術(shù)雜志》第四卷1期8-11頁(yè)報(bào)導(dǎo)的用8片透鏡實(shí)現(xiàn)的6. 4倍放大中波連續(xù)變焦鏡頭，其焦距為50mm-320mm ；中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院的尹娜等人在《紅外技術(shù)雜志》第31卷12期694-697頁(yè)報(bào)導(dǎo)的用7片透鏡實(shí)現(xiàn)的5倍放大中波連續(xù)變焦鏡頭，其焦距為30mm-150mm;昆明物理研究所的陳呂吉等人在《紅外技術(shù)雜志》上第 32卷10期562-566頁(yè)報(bào)導(dǎo)的用6片透鏡實(shí)現(xiàn)的16. 7倍放大中波連續(xù)變焦鏡頭，其焦距為 27. 5mm-458mm ；武漢理工大學(xué)的郜洪云等人在《光學(xué)精密工程雜志》第15卷7期1038-1043 頁(yè)報(bào)導(dǎo)的用7片透鏡實(shí)現(xiàn)的10倍放大中波連續(xù)變焦鏡頭，其焦距為50mm-500mm;中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所的楊為錦等人在《中國(guó)光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)雜志》第3卷 2期164-169頁(yè)報(bào)導(dǎo)的用8片透鏡實(shí)現(xiàn)的18倍變焦鏡頭，焦距為llmm-200mm ；韓國(guó)Hyim sook Kim等人在《OpticalEngineering》雜志上第41卷7期1661-1667頁(yè)報(bào)導(dǎo)的用7片透鏡實(shí)現(xiàn)的20倍連續(xù)變焦鏡頭，其焦距為13. 75mm-275mm。以上報(bào)導(dǎo)的變焦鏡頭都是基于 320 X 240元，像元尺寸為30umX 30um的制冷型探測(cè)器，無(wú)法滿足640 X 512元，像元尺寸為 25umX 25um的制冷型探測(cè)器對(duì)像質(zhì)的要求。中國(guó)一航洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所的許照東等人在 《紅外與激光工程雜志》第36卷5期619-621頁(yè)報(bào)導(dǎo)的用7片透鏡實(shí)現(xiàn)的20倍連續(xù)變焦鏡頭，焦距為14mmj80mm，其應(yīng)用的探測(cè)器為640X512元，像元尺寸為15umX15um的制冷型探測(cè)器，但其參與變焦的透鏡有3片，在系統(tǒng)變焦時(shí)，這3片透鏡需同時(shí)移動(dòng)，這無(wú)疑增加了系統(tǒng)變焦過(guò)程中的負(fù)荷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，能夠應(yīng)用于 640X512元或更大面陣制冷型中波探測(cè)器，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷小。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括一種中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，從物方到成像方依次包括具有正屈光度的第一透鏡群，為前固定組；
具有負(fù)屈光度的第二透鏡群，為變焦組；具有正屈光度的第三透鏡群，為補(bǔ)償組；具有負(fù)屈光度的第四透鏡群，為后固定組；具有正屈光度的第五透鏡群，為中繼組；具有正屈光度的第六透鏡群，為調(diào)焦組，也稱為對(duì)焦組。進(jìn)一步地，所述第一透鏡群用于會(huì)聚收光，包括由一凸面朝向物側(cè)的彎月形硅正透鏡和一凸面朝物側(cè)的彎月形鍺負(fù)透鏡。進(jìn)一步地，所述中波紅外連續(xù)變焦鏡頭的焦距FO與所述第一透鏡群的焦距Fl滿足如下關(guān)系0. 15 < F0/F1 < 2。進(jìn)一步地，所述第二透鏡群包括一雙凹形硅負(fù)透鏡，用于改變所述中波紅外連續(xù)變焦鏡頭的焦距，增加變倍倍率。進(jìn)一步地，所述第三透鏡群包括一凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺正透鏡，用于補(bǔ)償所述中波紅外連續(xù)變焦鏡頭在變焦過(guò)程中的像面位置的偏移。進(jìn)一步地，所述第四透鏡群包括一凸面朝向物側(cè)的彎月形硅負(fù)透鏡。進(jìn)一步地，所述第五透鏡群包括一彎月形鍺正透鏡。進(jìn)一步地，所述第六透鏡群包括一凹面朝向像側(cè)的彎月形鍺正透鏡，用于補(bǔ)償不同物距不同溫度下像面位置的偏移。進(jìn)一步地，所述第三透鏡群和第五透鏡群的透鏡均具有非球面和衍射面，具體可以為其中一個(gè)面為非球面，另一個(gè)面為衍射面；或者，其中一個(gè)面同時(shí)為非球面和衍射面；所述第六透鏡群的透鏡具有非球面。進(jìn)一步地，本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭還包括第一反射鏡和第二反射鏡，其中第一反射鏡位于第四透鏡群和第五透鏡群之間，第二反射鏡位于第五透鏡群和第六透鏡群之間；所述第一反射鏡和第二反射鏡用于折轉(zhuǎn)鏡頭中的光路，以縮短鏡頭的橫向尺寸。更進(jìn)一步地，所述第一反射鏡和第二反射鏡用于將鏡頭中的光路折疊成“U”型。更進(jìn)一步地，本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭還包括一平板參考源，所述平板參考源置于所述第一反射鏡和所述第五透鏡群之間，用于背景校正，降低所述平板參考源至像側(cè)端之間的透鏡群組產(chǎn)生的冷反射對(duì)像質(zhì)的影響。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭中，參與變焦的透鏡僅2片，在變焦過(guò)程中，僅第二透鏡群和第三透鏡群移動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷小。本發(fā)明避免在口徑較大的第一透鏡群上設(shè)非球面，避免在硅透鏡上加工非球面， 易于光學(xué)加工制作，且精度易于保證，從而降低了生產(chǎn)成本。第一透鏡群由兩片透鏡組成，第一片透鏡可用于鏡頭的密封，第二片透鏡用于矯正系統(tǒng)的色差，提高像質(zhì)，且第二片透鏡口徑小于第一片透鏡，可有效壓縮變焦組、補(bǔ)償組的凸輪鏡筒口徑，使整個(gè)變焦鏡頭結(jié)構(gòu)更加緊湊。另外，將F0/F1的數(shù)值限制在0. 15至2 之間，可使整個(gè)變焦鏡頭具有良好的變焦效果，且可在維持良好成像質(zhì)量的前提下，使變焦鏡頭的整體結(jié)構(gòu)更為緊湊。本發(fā)明采用衍射面能夠矯正色差，提高像質(zhì)，且能夠減小溫度變化對(duì)像質(zhì)的影響。
圖1為本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭在長(zhǎng)焦位置的示意圖；圖2為本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭在中焦位置的示意圖；圖3為本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭在短焦位置的示意圖；圖4A至圖4C為本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭在長(zhǎng)焦位置的成像光學(xué)仿真數(shù)據(jù)圖；圖5A至圖5C為本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭在中焦位置的成像光學(xué)仿真數(shù)據(jù)圖；圖6A至圖6C為本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭在短焦位置的成像光學(xué)仿真數(shù)據(jù)圖。主要組件符號(hào)說(shuō)明110第—-透鏡群
112第—-透鏡
114A-Ap — 弟一透鏡
120A-Ap — 弟一透鏡群
122第三透鏡
130第三透鏡群
132第四透鏡
140第四透鏡群
142第五透鏡
150第—-反射鏡
160平板參考源
170第五透鏡群
172第六透鏡
180A-Ap — 弟一反射鏡
190第六透鏡群
192第七透鏡
200示意為物側(cè)端
210示意為像側(cè)端
Sl --sieI 表面
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1、圖2、圖3分別是本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭在長(zhǎng)焦、中焦、短焦位置的示意圖。如圖所示，本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭由物方到成像方依次包括具有正屈光度的第一透鏡群110，具有負(fù)屈光度的第二透鏡群120，具有正屈光度的第三透鏡群130，具有負(fù)屈光度的第四透鏡群140，用于折轉(zhuǎn)光路用的第一反射鏡150，用于背景校正用的平板參考源160，具有正屈光度的第五透鏡群170，用于折轉(zhuǎn)光路用的第二反射鏡180，具有正屈光度的第六透鏡群190。其中第一透鏡群110為前固定組，包括具有正屈光度的第一透鏡 112和具有負(fù)屈光度的第二透鏡114。第一透鏡112為凸面朝向物側(cè)的彎月形硅透鏡，第二透鏡114為凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺透鏡。本發(fā)明實(shí)施例中，中波紅外連續(xù)變焦鏡頭的焦距FO與第一透鏡群110的焦距Fl 滿足如下關(guān)系0. 15 < F0/F1 < 2。由于第一透鏡群110的鏡片都是普通球面鏡片，制作工藝較為簡(jiǎn)單且精度易于保證，能有效降低生產(chǎn)成本。另外，將F0/F1的數(shù)值限制在0. 15至2之間可使整個(gè)變焦鏡頭具有良好的變焦效果，且可維持良好成像質(zhì)量的前提下，使變焦鏡頭結(jié)構(gòu)更為緊湊。第二透鏡群120為變焦組，用于改變系統(tǒng)的焦距，增加變倍倍率。第二透鏡群120 由一片雙凹形硅負(fù)透鏡構(gòu)成。第三透鏡群130為補(bǔ)償組，由一凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺正透鏡構(gòu)成，其作用是用于補(bǔ)償成像系統(tǒng)在變焦過(guò)程中的像面位置的偏移。第二透鏡群120和第三透鏡群130分別為變焦組和補(bǔ)償組，適于在第一透鏡群110 與第四透鏡群140之間移動(dòng)。具體地，當(dāng)需要將變焦鏡頭的倍率自長(zhǎng)焦端調(diào)整至短焦端時(shí)， 則使第二透鏡群120朝向物側(cè)200移動(dòng)，同時(shí)，作為補(bǔ)償組的第三透鏡群130先朝物側(cè)200 移動(dòng)，然后向第四透鏡群140側(cè)移動(dòng)，其作用是補(bǔ)償?shù)诙哥R群120移動(dòng)引起的像面移動(dòng)。第四透鏡群140為后固定組，由一凸面朝向物側(cè)的彎月形硅負(fù)透鏡構(gòu)成，其作用是將物方的景物會(huì)聚成成像系統(tǒng)的一次實(shí)像。第一反射鏡150成45度放置于第四透鏡群 140后，其目的是用于折轉(zhuǎn)光路，減小光路的縱向尺寸。成像系統(tǒng)的一次實(shí)像在第一反射鏡 150與第五透鏡群170之間。平板參考源160置于一次像面前或后4mm-6mm處，其作用是用于成像系統(tǒng)的背景校正，可有效降低平板參考源160至像側(cè)端210之間的透鏡群組產(chǎn)生的冷反射對(duì)成像系統(tǒng)像質(zhì)的影響。第五透鏡群170為成像系統(tǒng)的中繼組，由一凹面朝第一反射鏡150的彎月形鍺正透鏡構(gòu)成。第二反射鏡180成45度置于第五透鏡群170后，其目的是用于折轉(zhuǎn)光路。第六透鏡群190為調(diào)焦組，由一凹面朝向像側(cè)的彎月形鍺正透鏡構(gòu)成，其作用是補(bǔ)償不同物距不同溫度下像面位置的偏移。為了提高像質(zhì)，改善成像系統(tǒng)溫度變化對(duì)像質(zhì)的影響，第三透鏡群130和第五透鏡群170的透鏡均采用了非球面和衍射面的設(shè)計(jì)，例如，將其中一個(gè)面設(shè)計(jì)為非球面，另一個(gè)面設(shè)計(jì)為衍射面；又例如，將其中一個(gè)面設(shè)計(jì)為既是非球面，又是衍射面。第六透鏡群 190的透鏡則采用了非球面的設(shè)計(jì)，例如將其中一個(gè)面設(shè)計(jì)為非球面。本發(fā)明實(shí)施例中，中波紅外連續(xù)變焦鏡頭只有七片透鏡，而且避免了把非球面和衍射面設(shè)在口徑較大的第一透鏡群110的透鏡上，也沒(méi)有設(shè)在硅透鏡上，這樣易于加工制作，精度得到保證的同時(shí)可有效降低生產(chǎn)成本。表一舉出了本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭的一優(yōu)選實(shí)施例。表一、本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭一優(yōu)選實(shí)施例表面曲率半徑(mm)間距(mm)玻璃材料備注Sl261. 4610. 5硅單晶透鏡112S2826. 3333. 18空氣S32095.187鍺單晶透鏡114S4566. 41Tl空氣S5-289.0144. 8硅單晶透鏡122S6254.234T2空氣S778. 6046. 5鍺單晶透鏡132S8208.1416Τ3空氣S961. 22275. 59硅單晶透鏡142SlO34. 015832. 39空氣SllInfinity-117Κ9反射鏡反射鏡1150S124569. 85-6. 8鍺單晶透鏡172S13229. 251-33. 03空氣S14Infinity33Κ9反射鏡反射鏡ΙΙ180S1581.7735. 61鍺單晶透鏡W2S16179. 18617. 65空氣在表一中，曲率半徑是指每個(gè)表面的曲率半徑，間距是指兩相鄰表面間的距離，舉例說(shuō)來(lái)，表面Sl的間距，即表面Sl至表面S2間的距離。玻璃材料和備注欄分別是該透鏡的制作所用的材料及透鏡編號(hào)。此外，在表一中，表面S1、S2分別為第一透鏡112遠(yuǎn)離和靠近第二透鏡114的表面，表面S3和S4分別為第二透鏡114遠(yuǎn)離和靠近第三透鏡122的表面；表面S5、S6分別為第三透鏡122遠(yuǎn)離與靠近第四透鏡132的表面；表面S7、S8分別為第四透鏡132遠(yuǎn)離與靠近第五透鏡142的表面；表面S9、S10分別為第五透鏡142遠(yuǎn)離與靠近第一反射鏡150的表面；表面S12、S13分別為第六透鏡172遠(yuǎn)離與靠近第二反射鏡180 的表面；表面S15、S16分別為第七透鏡192靠近與遠(yuǎn)離第二反射鏡180的表面。表二列出了第四透鏡132的表面S8，第七透鏡172的表面S13及第七透鏡192的表面S16的非球面系數(shù)。
表二、表面S8、S13及S16的非球面系數(shù)
權(quán)利要求
1.一種中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于，從物方到成像方依次包括具有正屈光度的第一透鏡群，為前固定組；具有負(fù)屈光度的第二透鏡群，為變焦組；具有正屈光度的第三透鏡群，為補(bǔ)償組；具有負(fù)屈光度的第四透鏡群，為后固定組；具有正屈光度的第五透鏡群，為中繼組；具有正屈光度的第六透鏡群，為調(diào)焦組，也稱為對(duì)焦組。
2.如權(quán)利要求1所述的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡群用于會(huì)聚收光，包括由一凸面朝向物側(cè)的彎月形硅正透鏡和一凸面朝物側(cè)的彎月形鍺負(fù)透鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于，所述中波紅外連續(xù)變焦鏡頭的焦距FO與所述第一透鏡群的焦距Fl滿足如下關(guān)系0. 15 < F0/F1 < 2。
4.如權(quán)利要求1所述的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于，所述第二透鏡群包括一雙凹形硅負(fù)透鏡，用于改變所述中波紅外連續(xù)變焦鏡頭的焦距，增加變倍倍率；所述第三透鏡群包括一凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺正透鏡，用于補(bǔ)償所述中波紅外連續(xù)變焦鏡頭在變焦過(guò)程中的像面位置的偏移。
5.如權(quán)利要求1所述的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于，所述第四透鏡群包括一凸面朝向物側(cè)的彎月形硅負(fù)透鏡；所述第五透鏡群包括一彎月形鍺正透鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于，所述第六透鏡群包括一凹面朝向像側(cè)的彎月形鍺正透鏡，用于補(bǔ)償不同物距不同溫度下像面位置的偏移。
7.如權(quán)利要求1所述的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于，所述第三透鏡群和第五透鏡群的透鏡均具有非球面和衍射面；所述第六透鏡群的透鏡具有非球面。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于，還包括第一反射鏡和第二反射鏡，其中第一反射鏡位于第四透鏡群和第五透鏡群之間，第二反射鏡位于第五透鏡群和第六透鏡群之間；所述第一反射鏡和第二反射鏡用于折轉(zhuǎn)鏡頭中的光路。
9.如權(quán)利要求8所述的中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，其特征在于，還包括一平板參考源，所述平板參考源置于所述第一反射鏡和所述第五透鏡群之間，用于背景校正。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，從物方到成像方依次包括具有正屈光度的第一透鏡群，包括一凸面朝向物側(cè)的彎月形硅正透鏡和一凸面朝物側(cè)的彎月形鍺負(fù)透鏡，作為前固定組；具有負(fù)屈光度的第二透鏡群，作為變焦組；具有正屈光度的第三透鏡群，作為補(bǔ)償組；具有負(fù)屈光度的第四透鏡群，作為后固定組；用于折轉(zhuǎn)光路的第一反射鏡；用于背景校正的平板參考源；具有正屈光度的第五透鏡群，作為中繼組；具有正屈光度的第六透鏡群，作為調(diào)焦組。本發(fā)明中波紅外連續(xù)變焦鏡頭，能夠應(yīng)用于640×512元或更大面陣制冷型中波探測(cè)器，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷小，變焦時(shí)僅兩片透鏡運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G02B15/16GK102213822SQ201110193499
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者何伍斌, 吳瑋, 徐明軒, 溫慶榮, 王弘韜, 駱守俊 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十一研究所