连续变焦非制冷红外热像仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及红外热成像领域，具体涉及一种大相对孔径的非制冷连续变焦红外热 像仪。
【背景技术】
[0002] 非制冷红外产品在当今得到非常广泛的应用，由于具有全天候昼夜观测能力，大 量被用于监控、警戒、监视、侦察、森林防火等诸多领域。相比制冷红外产品，非制冷红外热 像仪不需要对探测器进行制冷，器件成本极大降低，开机时间极大缩短，使用便利，适用范 围更广。
[0003] 连续变焦非制冷红外热像仪，具有连续变焦能力的红外镜头，由于可以对远近目 标都清晰成像，为使用者提供了最为适宜的画面与视场，在非制冷红外产品得到越来越多 的应用。
[0004] 目前经公开发表的连续变焦非制冷红外热像仪，虽然具有连续变焦功能，但大多 存在以下缺陷：
[0005] (1)相对孔径偏小，较小的相对孔径会导致光学镜头收集红外热辐射的能力下降， 当与较低灵敏度的红外探测器配合使用时，图像对比度会明显变差，噪声增加，图像效果较 差。
[0006] (2)缺少自动对焦技术，当目标距离发生变化或环境温度发生改变时，红外系统由 于其材料的特殊性，焦面会发生偏移，图像会变模糊，此时就需要光学系统进行调整，适应 焦面偏移，而且调整量与镜头焦距相关。当前的连续变焦红外镜头都缺乏自动对焦模块，往 往需要人工参与调整，一旦变焦就需要使用者进行调焦，操作繁琐，效率低下。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有连续变焦非制冷红外热像仪存在的不足，提供了一种具有大相对 孔径与自动对焦功能的连续变焦红外热像仪，热像仪包含连续变焦光学系统、结构组件、自 动对焦模块，能够显著提升红外热像仪的性能，具有更好的适应性与实用性。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009] 本发明产生的有益效果是：本发明采用负组变焦、正组补偿的多非球面大相对孔 径光学系统，相对孔径达到1:1以上，可以达到更远的作用距离与更佳的图像效果；优化设 计调焦透镜，采用后组透镜进行调焦补偿，能够充分补偿环境温度变化导致的离焦，调焦效 果比优化前明显提升。集成自动对焦控制模块，通过对图像边缘轮廓的能量值进行提取与 分析比较，识别离焦量并驱动电机带动调焦透镜，保证光学系统焦面不动，始终保持图像的 清晰。
[0010] 进一步地，将多种红外光学材料进行合理搭配，充分消除系统像差，取得了优异的 成像质量。
【附图说明】
[0011] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0012] 图1本发明热像仪整体示意图；
[0013] 图2a为光学系统150mm长焦端示意图；
[0014] 图2b为光学系统30mm短焦端不意图；
[0015] 图3为光学系统变焦镜组与补偿镜组运动曲线图。
[0016] 其中1为前固定物镜，2为变焦透镜，3为补偿透镜，4为补偿透镜，5为后组透镜 一，6为调焦透镜，7为后组透镜三，8为主镜筒，9为支架，10为齿轮，11为电机，12为红外探 测器，13为自动对焦模块，14为后壳体，15为变焦凸轮。
【具体实施方式】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0018] 本发明提供一种连续变焦非制冷红外热像仪，如图1所示，包括放置于光学系统 像面位置的红外探测器12、大相对孔径的连续变焦光学系统、结构组件与自动对焦模块 13 ；
[0019] 本发明的连续变焦光学系统的相对孔径大于等于1 :1，该连续变焦光学系统包括 沿光轴从物方到像方依次设置光学透镜，包括前固定透镜1、变焦透镜2、补偿透镜3与补偿 透镜4、后组透镜5与后组透镜7、调焦透镜6 ;本发明实施例中补偿透镜可包括两个，补偿 透镜3和补偿透镜4。本发明的一个实施例中，为了实现大相对孔径，增加了光学系统的口 径，能够接收更多的目标热辐射。光学系统中设置了多个弯月透镜，如后组透镜5与调焦透 镜6,从而能够消除大相对孔径带来的系统像差，使得光学系统的相对孔径为1 :0. 9。
[0020] 结构组件包括主镜筒8、变焦凸轮15和电机11，主镜筒8用于固定连续变焦光学 系统中的光学透镜；变焦凸轮15在电机11驱动下带动变焦透镜2与补偿透镜运动，完成光 学系统变焦；图3为光学系统变焦镜组与补偿镜组运动曲线图。其中系列1为变焦透镜运 动曲线，系列2为补偿透镜运动曲线。
[0021] 自动对焦模块13通过对图像边缘轮廓的能量值进行提取与分析比较，识别离焦 量并驱动电机带动调焦透镜6,自动对焦，保证光学系统焦面不动，始终保持图像的清晰。自 动对焦模块13可集成于红外热像仪的电气组件中。
[0022] 本发明的一个实施例中，如图1所示，第一片透镜为前固定透镜1，采用单晶锗材 料，形状为凸凹透镜，凸面朝向物方，为正屈光度；第二片透镜为变焦透镜，采用单晶锗材 料，形状为双凹透镜，为负屈光度；第三片透镜为补偿透镜一，采用单晶锗材料，形状为双凸 透镜，为正屈光度；第四片透镜为补偿透镜二，采用硒化锌材料，形状为凹凸透镜，凸面朝向 像方，为负屈光度；第五片透镜为后组透镜一，采用单晶锗材料，形状为凹凸透镜，凸面朝向 物方，为正屈光度；第六片透镜为调焦透镜，采用单晶锗材料，形状为凹凸透镜，凸面朝向像 方，为负屈光度；第七片透镜为后组透镜三，采用单晶锗材料，形状为凹凸透镜，凸面朝向物 方，为正屈光度。光学系统为5倍连续变焦系统，长焦端焦距为150mm(如图2a所示），短焦 端焦距为30mm(如图2b所示），光学系统在30mm~150mm焦距范围内均可以清晰成像。
[0023] 本发明的一个较佳实施例中，如下表1所示，列出了本发明中连续变焦光学系统 的具体参数。
[0024]表1连续变焦光学系统的具体参数
[0025]
[0026] 在表1中，曲率半径是指每个表面的曲率半径，间距是指相邻两表面之间的距离， 举例来说，表面S1的间距，即表面S1至表面S2间的距离。玻璃材料是该透镜的制作加工 所用的材料。其中目镜一和后固定组透镜一为锗基地上的高次非球面。下表2列出了表面 S2、表面S4的非球面系数。
[0027] 表2表面S2、S4的非球面系数
[0028]
[0029] 非球面以面顶点为基准的光轴方向的位变定义如下：
[0030]
[0031] 其中，各参数含义如下：
[0032] Z:光轴方向的位变
[0033] H:光轴的高
[0034] c:透镜曲率
[0035] K:二次曲面系数
[0036] A