大变倍比中波红外连续变焦镜头的制作方法

本发明涉及一种大变倍比中波红外连续变焦镜头。

背景技术：

随着人们生产生活领域的拓展和深入，红外镜头以其具有的抗干扰能力强、可全天候全天时工作、抗烟尘及雾霾能力强等优点，在道路监控、森林防火、机场监察等领域对红外光学系统有着迫切的应用需求。其中红外连续变焦镜头因其焦距能够连续变化，既能大范围进行目标监视和搜索，又能放大目标仔细观察，在变焦过程中不会丢失目标信息的特点，越来越受到人们的关注。然而现有的红外连续变焦距镜头尺寸偏大、变焦倍数小、探测距离短，成像像质量不佳，对红外目标的搜索和识别能力有限，限制了其适用性及使用范围。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种大变倍比中波红外连续变焦镜头。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种大变倍比中波红外连续变焦镜头，包括镜筒、设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线自左向右入射方向依次设置的光焦度为正的前固定组a、光焦度为负的变倍组b、光焦度为正的补偿组c、光焦度为负的后固定组d和光焦度为正的二次成像组e组成，前固定组为正弯月透镜a，变倍组为双凹负透镜b，补偿组为双凸透镜c，后固定组为负弯月透镜d，二次成像组包括依次设置的双凸正透镜e1、双凹负透镜e2、双凸正透镜e3。

进一步的，所述前固定组a与变倍组b之间的空气间隔为20.02～57.7mm，所述变倍组b与补偿组c之间的空气间隔为100.03～24.22mm，所述补偿组c与后固定组d之间的空气间隔为6.15～44.28mm，双凸正透镜e1与双凹负透镜e2之间的空气间隔为7.32mm，双凹负透镜e2与双凸正透镜e3之间的空气间隔为1.3mm。

进一步的，所述光学系统各个镜片材料按沿光线入射方向排序分别为硅、锗、硅、锗、硅、锗、硅。

进一步的，双凹负透镜b后端面、负弯月透镜d后端面、双凸正透镜e1后端面以及双凸正透镜e3前端面均为非球面。

进一步的，所述非球面满足下列表达式：

其中，z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/r，r表示镜面的近轴曲率半径；k为圆锥系数；a、b、c、d为高次非球面系数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构设计简单、紧凑、合理，该镜头具有大变倍比、放大倍数高、结构简单紧凑，成像清晰度高，加工成本低等优点，可实现电动连续变焦、电动调焦、焦距实时反馈、图像实时输出功能。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的光学系统示意图；

图2为本发明实施例的镜头机械结构示意图；

图3为为本发明实施例的镜头结构立体图；

图4为本发明实施例的镜头电动变焦机构示意图；

图5为本发明实施例的镜头电动聚焦机构示意图；

图6为本发明实施例的镜头探测器校正机构示意图。

图中：

a-正弯月正透镜a；b-双凹负透镜b；c-双凸透镜c；d-负弯月负透镜d；e1-双凸正透镜e-1，e2-双凹负透镜e-2，e3-双凸正透镜e-3，f-反射镜，2-1.变焦组件，2-2.聚焦组件，2-3.挡板切换组件，4-1.前组压圈，4-2.透镜a，4-3.导杆压板，4-4.变倍锁紧圈，4-5.变倍压圈，4-6.透镜b，4-7.变倍镜座，4-8.变倍移动座，4-9.主镜筒，4-10.导杆，4-11.变倍导套，4-12.变倍凸轮，4-13.补偿导套，4-14.变倍导环，4-15.变倍磙子，4-16.变倍导钉，4-17.钢珠，4-18.补偿移动座，4-19.补偿压圈，4-20.透镜c，4-21.变倍凸轮压圈，4-22变倍电位器.，4-23.变倍电位器架，4-24.变倍电机架，4-25.变倍电机，5-1.聚焦镜筒，5-2.聚焦镜座，5-3.聚焦压圈，5-4.聚焦镜座压圈，5-5.镜片d，5-6.聚焦磙子1，5-7.聚焦导环，5-8.聚焦磙子2，5-9.聚焦导钉，5-10.后镜筒，5-11.聚焦凸轮，5-12..聚焦凸轮压圈，5-13.转折镜筒1，5-14.反射镜镜座1，5-15.反射镜压圈1，5-16.反射镜1，5-17.聚焦电机，5-18.变倍开关架1，5-19.聚焦电机架，5-20.变倍开关架2，5-21.变倍微动开关，5-22.聚焦开关架1，5-23.聚焦微动开关，5-24.聚焦开关架2，6-1.探测器架，6-2.探测器移动板，6-3.红外探测器，6-4.探测器辅助支架，6-5.挡板盖，6-6.挡板过轮轴，6-7.挡板过轮，6-8.挡板电机架，6-9.挡板电机，6-10.挡板座，6-11.转折镜座2，6-12.后组镜座2，6-13.后组镜座1，6-14.后组压圈1，6-15.透镜e1，6-16.反射镜2，6-17.反射镜压圈2，6-18.反射镜镜座2，6-19.透镜e2，6-20.透镜e3，6-21.后组隔圈，6-22.后组压圈2，6-23.挡板轴，6-24.挡板微动开关，6-25.挡板。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~6所示，一种大变倍比中波红外连续变焦镜头，包括镜筒、设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线自左向右入射方向依次设置的光焦度为正的前固定组a、光焦度为负的变倍组b、光焦度为正的补偿组c、光焦度为负的后固定组d和光焦度为正的二次成像组e组成，前固定组为正弯月透镜a，变倍组为双凹负透镜b，补偿组为双凸透镜c，后固定组为负弯月透镜d，二次成像组包括依次设置的双凸正透镜e1、双凹负透镜e2、双凸正透镜e3。

在本实施例中，所述前固定组a与变倍组b之间的空气间隔为20.02～57.7mm，所述变倍组b与补偿组c之间的空气间隔为100.03～24.22mm，所述补偿组c与后固定组d之间的空气间隔为6.15～44.28mm，双凸正透镜e1与双凹负透镜e2之间的空气间隔为7.32mm，双凹负透镜e2与双凸正透镜e3之间的空气间隔为1.3mm。

在本实施例中，所述光学系统各个镜片材料按沿光线入射方向排序分别为硅、锗、硅、锗、硅、锗、硅。

在本实施例中，双凹负透镜b后端面、负弯月透镜d后端面、双凸正透镜e1后端面以及双凸正透镜e3前端面均为非球面。

在本实施例中，所述非球面满足下列表达式：

其中，z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/r，r表示镜面的近轴曲率半径；k为圆锥系数；a、b、c、d为高次非球面系数。

各镜片参数如下：

非球面数据如下：

在本实施例中，由上述镜片组构成的光学结构达到了以下光学指标：

（1）焦距：f′=30～360mm，变倍比达12倍；

（2）视场角范围：23.2°～1.96°；

（3）相对孔径：1:4；

（4）适配探测器：适配于靶面为320*240，像元大小为30um的制冷型中波红外探测器；

（5）工作温度：-40℃～+60℃；

（6）光路系统体积小于140mm（宽）*140mm（高）*225（长）。

在本实施例中，镜头结构采用现有结构，如图2~3所示，所述镜头的机械结构中设有变焦组件2-1、聚焦组件2-2，挡板切换组件2-3。所述镜头的变焦组件包括前固定组、变倍组、补偿组及变焦机构，所述镜头的聚焦组件包括后固定组、聚焦机构及反射镜组，所述镜头的挡板切换组件包括反射镜组、挡板切换机构及探测器组件。

如图4所示，所述变倍组透镜b（4-6）与变倍压圈4-5、变倍镜座4-7、变倍锁圈4-4、变倍移动座4-8、变倍导套4-11组装成变倍组件。所述补偿透镜c（4-20）与补偿压圈4-19、补偿移动座4-18、补偿导套4-13组装成补偿组件。所述变倍组件和补偿组件安装在导杆4-10上并滑动配合，三根导杆通过导杆压板4-3分别固定在主镜筒4-9上。所述变倍凸轮4-12通过钢珠4-17安置在主镜筒4-9上并用变倍凸轮压圈4-21压紧，形成滚动轴承结构。所述变倍凸轮4-12按光学变焦运动规律的要求加工两条变倍和补偿曲线槽。所述变倍磙子4-15和变倍导环4-14组装成导钉组件。通过2个导钉组件把变倍组件和补偿组件联接在一起。所述前固定组透镜a（4-2）安装于主镜筒4-9前端并通过前组压圈4-1固定压紧。所述变倍电机4-25通过变倍电机架4-24安装在主镜筒4-9上。所述变倍电位器4-22通过变倍电位器架4-23安装在主镜筒4-9上。当变倍电机4-25的工作时，通带动变倍凸轮4-12转动，再通过导钉组件将变倍凸轮4-12的旋转运动转换为变倍组件和补偿组件的轴向移动，从而实现镜头焦距的连续变化，完成变焦过程。同时，所述变倍凸轮4-12的转动带动变倍电位器4-22转动，从而使其阻值发生改变，由此，焦距和阻值之间形成一对一的关系，通过这种传感器方式可以实现焦距的预置功能。

如图5所示，所述后组透镜d（5-5）、聚焦压圈5-3、聚焦镜座5-2、聚焦镜筒5-1、聚焦镜座压圈5-4组装成聚焦组件。所述聚焦磙子1（5-6）、聚焦导环5-7、聚焦磙子2（5-8）、聚焦导钉5-9组成导钉组件。所述后镜筒5-10上开设有精密加工的2个180°均布直槽，与导钉组件滑动配合。所述聚焦凸轮5-11上开设有精密加工的2条180°均布线性斜槽，通过聚焦凸轮压圈5-12安装在后镜筒5-9上。所述反射镜1（5-16）通过反射镜镜座1（5-14）和反射镜压圈1（5-15）安装在转折镜座1（5-13）上。所述转折镜座1（5-13）通过螺钉连接在后镜筒5-9上。所述聚焦电机5-17通过聚焦电机架5-19安装在后镜筒5-9上，所述2个聚焦微动开关5-23通过就聚焦开关架1（5-22）和聚焦开关架2（5-24）分别安装在后镜筒5-9上，当聚焦电机5-17工作时，带动聚焦凸轮5-11旋转，通过导钉组件将聚焦凸轮5-11的旋转运动转换为聚焦组件的轴向移动，从而实现镜头的聚焦功能。而且，所述2个变倍微动开关5-21通过变倍开关架1（5-18）和变倍开关架2（5-20）分别安装在后镜筒5-10上，从而使结构更紧凑。

如图6所示，所述后组透镜e1（6-15）通过后组压圈1（6-14）安装于后组镜座1（6-13），所述后组透镜e2（6-19）、后组隔圈6-21、后组透镜e3通过后组压圈2（6-22）安装于后组镜座2（6-12）。所述后组镜座1（6-13）和后组镜座2（6-12）通过螺纹安装在转折镜座2（6-11）上。所述反射镜2（6-16）通过反射镜镜座2（6-18）和反射镜压圈2（6-17）安装在转折镜座2（6-11）上。所述挡板座6-10通过螺钉固定在转折镜座2（6-11）上。所述挡板6-25通过挡板轴6-23活动安装在在挡板座6-10上。所述挡板电机6-9通过挡板电机架6-8安装在挡板座6-10上，所述2个挡板微动开关6-24分别安装在的挡板座6-10上挡板6-25两侧的位置。所述挡板盖6-5通过螺钉安装在挡板座6-10上。所述探测器6-3通过探测器辅助支架6-4和探测器移动板6-2固定在探测器架6-1上。所述探测器架6-1通过螺钉安装固定在挡板盖6-5上。当挡板电机6-9工作时，带动挡板6-25旋转，从而起挡板到切换作用，实现探测器的校正功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。