一種長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡 頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。長波非制冷探測器重量輕、體積小，隨著成本的降 低，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從軍用普及到民用領(lǐng)域，例如安防、工業(yè)、醫(yī)療等。普通的定焦鏡頭以及 雙視場鏡頭在某些場合下已不能滿足使用需求。本專利涉及的連續(xù)變焦鏡頭，使用五片鏡 片，移動(dòng)其中兩個(gè)鏡片，實(shí)現(xiàn)焦距的平滑變化，從而能夠更好的實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)、跟蹤和 識(shí)別。
[0003] 中國專利CN102866485公開了一種長波紅外連續(xù)變焦鏡頭，包括由物方到成像方 依次設(shè)置的具有正屈光度的第一透鏡群、具有負(fù)屈光度的第二透鏡群、具有正屈光度的第 三透鏡群、具有負(fù)屈光度的第四透鏡群、用于折轉(zhuǎn)光路用的第一反射鏡、具有正屈光度的第 五透鏡群、用于折轉(zhuǎn)光路用的第二反射鏡和具有正屈光度的一第六透鏡群。本發(fā)明的長波 紅外連續(xù)變焦鏡頭，在盡可能提高探測作用距離及提高像質(zhì)的基礎(chǔ)上，降低了成本和體積， 并且能達(dá)到良好的成像效果。但是本發(fā)明的包括反射鏡，構(gòu)造復(fù)雜，體積大，不利于攜帶。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種光學(xué)總長短，體積小，裝調(diào)方便、成像質(zhì) 量高的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭。其工作波段為8~12微米，焦距為20mm~ 100mm，F(xiàn)數(shù)=0.8@f 20mm，F(xiàn)數(shù)=1.0@f 100mm，適配分辨率為640x512，像元大小15微米的長波 非制冷探測器，光學(xué)系統(tǒng)總長210mm，最大口徑101mm。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭，由物方到像方依次包括，前固定組、變 倍組、補(bǔ)償組、后固定組、調(diào)焦組以及長波非制冷探測器；
[0007] 所述前固定組具有正光焦度，為一片凸面朝向物方的彎月形鍺單晶正透鏡，表面 類型均為球面；
[0008] 所述變倍組具有負(fù)光焦度，為一片雙凹形鍺單晶負(fù)透鏡，其朝向像方的一側(cè)為非 球面，所述透鏡的總移動(dòng)行程27.33_，用于改變所述長波紅外連續(xù)變焦鏡頭的焦距；
[0009] 所述補(bǔ)償組具有正光焦度，為一片雙凸形鍺單晶正透鏡，其朝向物方的一側(cè)為非 球面，所述透鏡的總移動(dòng)行程28.49_，用于補(bǔ)償所述長波紅外連續(xù)變焦鏡頭變焦時(shí)發(fā)生的 像面位置偏移；
[0010] 所述后固定組具有負(fù)光焦度，為一片凸面朝向像方的彎月形鍺單晶負(fù)透鏡，其凹 面為衍射面；
[0011] 所述調(diào)焦組具有正光焦度，為一片雙凸形鍺單晶正透鏡，其朝向物方的一側(cè)為非 球面，所述透鏡的總移動(dòng)行程3_，用于補(bǔ)償不同溫度和不同物距時(shí)像面位置的偏移；
[0012] 在所述調(diào)焦組后為長波非制冷探測器，包括保護(hù)窗□和像面;孔徑光闌位于補(bǔ)償 組與后固定組之間，變焦過程中保持恒定。
[0013] 所述鏡頭滿足如下參數(shù)：
[0014] 所述鏡頭的有效焦距 EFL = 20 ~100mm，F(xiàn)數(shù)= 0.8@f20mm，F(xiàn)數(shù)=1.0@f100 mm，光學(xué) 系統(tǒng)總長= 210mm，適配探測器分辨率640x512,像元大小15μπι。
[0015] 所述鏡頭的水平視場角范圍為:2ω = 27°~5.5°。
[0016] 所述鏡頭的鏡片中的非球面滿足下列表達(dá)式：
[0017]
[0018]其中ζ為非球面沿光軸方向在高度為r的位置時(shí)，距非球面頂點(diǎn)的距離矢高，c表示 表面的頂點(diǎn)曲率，k為圓錐系數(shù)，€[2、€[3、€[4、€[5、€[ 6為高次非球面系數(shù)。
[0019] 所述鏡頭的鏡片中的衍射面滿足下列表達(dá)式：
[0020] Φ =AiP2+A2P4
[0021] 其中φ為衍射面的位相，ρ= γ/δη，γη是衍射面的規(guī)劃半徑，^、如為衍射面的位 相系數(shù)。
[0022] 所述鏡頭的全視場的平均MTF>0.45@201p/mm。
[0023] 所述前固定組的透鏡S1表面鍍類金剛石碳膜層，所述前固定組的透鏡S2、變倍組 的透鏡S3和S4、補(bǔ)償組的透鏡S5和S6、后固定組的透鏡S7和S8、調(diào)焦組的透鏡S9和S10表面 均鍍增透膜層。
[0024] 本實(shí)用新型的有益效果為：擁有5倍變倍比，光學(xué)系統(tǒng)總長為210mm，最大口徑 101mm。結(jié)構(gòu)緊湊，變焦曲線平滑，鏡片最大移動(dòng)量為28.49mm。變倍組和補(bǔ)償組均只有一片 透鏡，這樣可以更好的保證變焦過程中的光軸穩(wěn)定性。同時(shí)使用折射式光學(xué)結(jié)構(gòu)，無須調(diào)整 反射鏡，裝調(diào)簡便，易于量產(chǎn)。整個(gè)變焦范圍內(nèi)成像質(zhì)量優(yōu)良，全視場的平均MTF>0.450 201p/mm。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊、透過率高、易于量產(chǎn)，焦距覆蓋廣角以及中長焦焦段，便于 大范圍的監(jiān)控和小視場細(xì)節(jié)觀察。系統(tǒng)總長較短，重量輕，容易集成在手持設(shè)備上，因此會(huì) 有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為100mm時(shí) 的光學(xué)系統(tǒng)圖；
[0026] 圖2是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為100mm時(shí) 的點(diǎn)列圖；
[0027] 圖3是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為100mm時(shí) 的光學(xué)傳遞函數(shù)圖（截止分辨率為201p/mm);
[0028] 圖4是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為100mm時(shí) 的象散畸變圖；
[0029] 圖5是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為60mm時(shí)的 光學(xué)系統(tǒng)圖；
[0030] 圖6是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為60mm時(shí)的 點(diǎn)列圖；
[0031] 圖7是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為60mm時(shí)的 光學(xué)傳遞函數(shù)圖（截止分辨率為231p/mm);
[0032] 圖8是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為60mm時(shí)的 象散畸變圖；
[0033]圖9是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為20mm時(shí)的 光學(xué)系統(tǒng)圖；
[0034]圖10是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為20mm時(shí) 的點(diǎn)列圖；
[0035]圖11是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為20mm時(shí) 的光學(xué)傳遞函數(shù)圖（截止分辨率為271p/mm);
[0036]圖12是本實(shí)用新型提供的長波紅外通用型大光圈連續(xù)變焦鏡頭的焦距為20mm時(shí) 的象散畸變圖。
[0037] 其中，200-物空間，110-前固定組，120-變倍組，130-補(bǔ)償組，140-孔徑光闌，150-后固定組，160-調(diào)焦組，310-長波非制冷探測器，312-保護(hù)窗口，314-像面，S1~S10為透鏡 各個(gè)表面。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039]該實(shí)施例是本實(shí)用新型應(yīng)用于長波非制冷型分辨率640X512像元尺寸15μπι凝視 型焦平面探測器的例子。
[0040] 圖1、圖5、圖9分別為本實(shí)用新型在焦距100mm、60mm和20mm時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)圖，所述 鏡頭的結(jié)構(gòu)相同，以其中一個(gè)圖為例作為說明。