一种轻小型中波红外连续变焦镜头的制作方法

1.本发明属于光学镜头技术领域，具体涉及一种轻小型中波红外连续变焦镜头。


背景技术：

2.随着国内外红外技术的不断发展，军用市场对轻小型化中波红外镜头的需求越来越高，目前多用在军用中小型光电吊舱，光电转台等系统中；更轻小型化的中波红外镜头，可具备在负载轻小型化的前提下，同时保证更远距离观察等特点，被广泛应用于军用远距离观测、无人机警戒、森林防火等场景。
3.目前，现有普通中波红外变焦镜头大多数采用折反射式光路系统，会增加两个反射镜，能量损失较多，同时存在镜头体积相对较大，可靠性相对较低的问题，因此，有必要提出一种轻小型中波红外连续变焦镜头，从而有效改善上述问题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种轻小型中波红外连续变焦镜头，具有镜片数量少，光路长度短，重量轻和可靠性高的特点。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轻小型中波红外连续变焦镜头，所述轻小型中波红外连续变焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组，所述变倍组和所述补偿组在变焦时沿所述光轴往复移动，所述前固定组包括正光焦度的第一透镜和负光焦度的第二透镜，所述变倍组包括从物方到像方排列的负光焦度的第三透镜，所述补偿组包括物方到像方依次排列的正光焦度的第四透镜，所述后固定组包括从物方到像方依次排列的负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜和负光焦度的第七透镜。
6.作为本发明的一种轻小型中波红外连续变焦镜头优选技术方案，所述第一透镜至所述第七透镜的表面中，包括至少一个衍射面和至少三个非球面。
7.作为本发明的一种轻小型中波红外连续变焦镜头优选技术方案，所述第一透镜由一片具有正光焦度的凸面朝向物方的双弯月型硅正透镜构成。
8.作为本发明的一种轻小型中波红外连续变焦镜头优选技术方案，所述第二透镜由一片具有负光焦度的凸面朝向物方的双弯月型锗负透镜构成。
9.作为本发明的一种轻小型中波红外连续变焦镜头优选技术方案，所述第三透镜由一片具有负光焦度的双凹面型锗负透镜构成，且其中一个表面为非球面。
10.作为本发明的一种轻小型中波红外连续变焦镜头优选技术方案，所述第四透镜由一片具有正光焦度的双凸面型的硒化锌正透镜构成。
11.作为本发明的一种轻小型中波红外连续变焦镜头优选技术方案，所述第五透镜由一片具有负光焦度的凸面朝向物方的双弯月型锗负透镜构成。
12.作为本发明的一种轻小型中波红外连续变焦镜头优选技术方案，所述第六透镜由一片具有正光焦度的双凸面型的锗正透镜构成。
13.作为本发明的一种轻小型中波红外连续变焦镜头优选技术方案，所述第七透镜由一片具有负光焦度的凸面朝向像方的双弯月型硅负透镜构成。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.1、本发明在使用时，通过第一透镜至第七透镜搭配，可以实现640
×
512,15um清晰成像，镜头重量小于1kg，相比同类规格双反射镜折反射式方案，重量相比轻将近一倍。
16.2、本发明在使用时，通过使用衍射面 非球面、光学材料、像差平衡及匹配后，实现镜头长度小于130mm
×
96mm
×
115mm，相比同类规格双反射镜折反射式方案，外形尺寸有明显减小。
17.通过上述手段，有效解决了原先普通中波红外变焦镜头大多数采用折反射式光路系统，会增加两个反射镜，能量损失较多，同时存在镜头体积相对较大，可靠性相对较低的问题
附图说明
18.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
19.图1为本发明实施例提供的一种轻小型中波红外连续变焦镜头长焦时结构示意图；
20.图2为本发明实施例提供的一种轻小型中波红外连续变焦镜头中焦时结构示意图；
21.图3为本发明实施例提供的一种轻小型中波红外连续变焦镜头短焦时结构示意图；
22.图4为本发明实施例提供的一种轻小型中波红外连续变焦镜头中焦时调制传递函数mtf曲线示意图；
23.图5为本发明实施例提供的一种轻小型中波红外连续变焦镜头中焦时弥散斑示意图；
24.图6为本发明实施例提供的一种轻小型中波红外连续变焦镜头中焦时场曲及畸变示意图；
25.图7为本发明实施例提供的一种轻小型中波红外连续变焦镜头凸轮结构示意图。
26.图中：1、前固定组；11、第一透镜；12、第二透镜；2、变倍组；21、第三透镜；3、补偿组；31、第四透镜；4、后固定组；41、第五透镜；42、第六透镜；43、第七透镜；300、变倍驱动凸轮；310、曲线槽。
具体实施方式
27.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。
28.实施例
29.请参阅图1
‑
6，本发明提供以下技术方案：一种轻小型中波红外连续变焦镜头，轻
小型中波红外连续变焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的前固定组1、变倍组2、补偿组3和后固定组4，变倍组2和补偿组3在变焦时沿光轴往复移动，前固定组1包括正光焦度的第一透镜11和负光焦度的第二透镜12，变倍组2包括从物方到像方排列的负光焦度的第三透镜21，补偿组3包括物方到像方依次排列的正光焦度的第四透镜31，后固定组4包括从物方到像方依次排列的负光焦度的第五透镜41、正光焦度的第六透镜42和负光焦度的第七透镜43。
30.具体的，第一透镜11至第七透镜43的表面中，包括至少一个衍射面和至少三个非球面。
31.具体的，第一透镜11由一片具有正光焦度的凸面朝向物方的双弯月型硅正透镜构成。
32.具体的，第二透镜12由一片具有负光焦度的凸面朝向物方的双弯月型锗负透镜构成。
33.具体的，第三透镜21由一片具有负光焦度的双凹面型锗负透镜构成，且其中一个表面为非球面。
34.具体的，第四透镜31由一片具有正光焦度的双凸面型的硒化锌正透镜构成。
35.具体的，第五透镜41由一片具有负光焦度的凸面朝向物方的双弯月型锗负透镜构成。
36.具体的，第六透镜42由一片具有正光焦度的双凸面型的锗正透镜构成。
37.具体的，第七透镜43由一片具有负光焦度的凸面朝向像方的双弯月型硅负透镜构成。
38.参照图7，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7所示，该凸轮驱动变倍组2和补偿组3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。
39.通过上述技术方案，所述将各透镜设置于一个镜筒(图1中未示出)内，通过变倍组2沿光轴往复移动实现了镜头焦距变化，同时，通过补偿组3沿光轴往复移动补偿了变倍组2移动时引起的像差，通过补偿组3和变倍组2组合移动实现本发明在变焦过程中清晰成像，减小了变焦过程中像面的偏移。通过设置各透镜之间的焦距及组合关系，在本发明的一个实施例中，变焦镜头为一种总长度140mm的长波红外连续变焦镜头，其焦距变倍比为10倍，变焦范围为30mm～300mm，f数为4.0，且适配于640
×
512分辨率，像元大小为15μm的非制冷探测器，调焦范围：5m～infinity，镜头重量≤1kg，工作温度：
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40℃～60℃。
40.示例性的，下方表格图1为本发明实施例提供的一种轻小型中波红外连续变焦镜头下各透镜的光学参数设计值。
41.面序号面型曲率半径(mm)空气间隔(mm)材料1球面968单晶硅2球面1952.1 3球面2464单晶锗
4球面21741.5 5球面
‑
1452.6单晶锗6非球面832.7 7球面636.3硒化锌8非球面
‑
6718.5 9球面10.85.9单晶锗10球面7.215.9 11衍射面55.53单晶锗12球面
‑
21.50.76 13非球面
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26.41.68单晶硅14球面
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28.33.2 15平面
‑
1单晶砖16平面
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3.9 17平面
‑
20.47 ima平面
‑‑ꢀ
42.表格图1：轻小型中波红外连续变焦镜头长焦时各透镜的一种设计值。
43.其中，面序号1表示第一透镜11靠近物方的前表面，依次类推，面序号15和16镜头保护玻璃，面序号17为光阑面，ima为像面。
44.并且非球面方程公式图为：
[0045][0046]
其中，k＝0,r为曲率半径，y为镜片光线高度，a,b,c,d,e,f为非球面方程系数。
[0047]
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的镜片参数、结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
[0048]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，也均应包含在本发明的保护范围之内。