一种中波制冷连续变焦红外镜头的制作方法

本实用新型涉及光学镜头技术领域，具体涉及一种中波制冷连续变焦红外镜头，用于手持设备。

背景技术：

近年来，红外热成像等红外探测技术在军事、工业以及民用等领域有着广泛应用。对于探测器来说，非制冷探测器具有价格低、体积小、重量轻、功耗低等优点，但是其灵敏度低，而中波制冷探测器由于灵敏度高，其价格比同类型长波探测器具有更明显的优势，为了满足对远距离目标的搜索和跟踪，中波制冷红外镜头在手持红外观测仪设备上的使用有着良好的应用前景。

其中，定焦红外镜头使用广泛，设计简单，但是不能满足大视场搜索，小视场跟踪或识别，所以使用受限；双视场或多视场的红外镜头，可以满足大视场搜索，小视场跟踪或识别，但是使用时容易造成视场切换时目标丢失，所以使用有缺陷；连续变焦红外镜头，既可以满足大视场搜索，小视场跟踪或识别，变焦过程中还能保持目标持续变大或变小，使用上有较大的优势，所以连续变焦红外镜头在手持设备上有较好的使用前景。现有的中波连续变焦光学红外镜头(如专利cn102213822a、p2002-14283a以及us7092150b1)所使用的玻璃片数都在7片到12片左右，其缺点是玻璃数量多且加工难度大，增加了红外镜头的成本和重量，降低了红外镜头的透过率，从而使降低了红外镜头的作用距离。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种中波制冷连续变焦红外镜头，镜片数目少，通过较小的体积和重量实现高质量成像。

为实现上述目的，本实用新型的一种中波制冷连续变焦红外镜头，包括前组、变倍组、补偿组、聚焦组、转像组件以及二次成像组，前组只包含一个透镜，采用单晶锗材料；透镜前表面为衍射结构和非球面结构；

变倍组采用单晶硅材料，变倍组的焦距f2与连续变焦红外镜头最长焦状态焦距fl比值满足0.1≤f2/fl≤0.2；

补偿组只包含一个透镜，采用单晶锗材料；透镜后表面为衍射结构和非球面结构，面型背向像面弯曲；

聚焦组采用硒化锌材料，通过改变聚焦组相对于前组的位置实现不同远近目标的聚焦需求，同时补偿红外材料在-40℃～60℃范围内的温度变化引起的热胀冷缩导致的红外镜头齐焦性变化。

其中，所述转像组件包括平面反射镜i和平面反射镜ii，将光路转折180°。

其中，镜头的一次像面位于平面反射镜i和二次成像组之间，且与平面反射镜i和二次成像组的镜片表面距离均大于或等于5mm。

其中，二次成像组的放大倍率β满足0.5≤β≤0.8。

有益效果：

1.本实用新型通过简单的光学结构和材料组合完成中波制冷型连续变焦镜头的需求；通过聚焦组补偿温度变化造成的齐焦性变化，满足较宽的工作温度使用需求；通过二次成像，红外镜头有效压缩红外镜头口径从而减小红外镜头体积和重量，最终满足手持设备对连续变焦红外镜头的需求。本实用新型简单，有效，实用性高，通过较少的镜片实现红外镜头对红外连续变焦的需求；通过较小的体积和重量，满足对体积和重量的有需求的设备；通过较少的镜片，实现较高的红外镜头透过率和较高的分辨率，最终满足对较远作用距离的需求；

2.本实用新型可应用手持红外观测仪，吊舱，光电跟踪仪，光电监控转台/云台等多种设备上。

附图说明

图1为现有的连续变焦红外组成示例；

图2为本实用新型连续变焦红外短焦示例；

图3为本实用新型连续变焦红外中焦示例；

图4为本实用新型连续变焦红外长焦示例；

图5为本实用新型连续变焦红外变焦曲线示例。

具体实施方式

下面结合图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型提供一种中波制冷连续变焦红外光学镜头，适用于640×512规格中波制冷探测器，尽可能提高探测作用距离及提高像质的基础上，采用二次成像的方式，单透镜变焦，单透镜补偿，单透镜聚焦，从而降低成本和红外镜头体积，使结构简单，运动负荷小。为了实现焦距的连续变化，该方案包含前组、变倍组、补偿组、聚焦组、二次成像组以及转像组件。其中变倍和补偿组实现红外镜头变倍要求；聚焦组实现对不同远近目标的聚焦需求，同时设计不同温度需求下的补偿调焦量需求，由于手持设备的使用温度较为广泛，一般为-40℃～60℃，红外材料的温度膨胀系数比可见光材料温度膨胀系数高一个数量级以上，所以用聚焦组实现材料和面型变化导致红外镜头齐焦性变化的补偿；转像组可实现光路转折，方便满足手持设备中对体积上的限制，二次成像组用于压缩红外镜头口径，更有利于设备小型化。

本实用新型的目的在于采用简单的光学结构，不使用特殊材料和琉系玻璃来校正色差，采用成熟的红外材料和面型组合，通过控制部分组份的光焦度和放大倍率，来获得较小的体积重量，较大的视场范围和较高的成像分辨率。

本实用新型采用简单的光学结构，不使用特殊材料和琉系玻璃来校正色差，采用成熟的红外材料和面型组合，通过控制部分组份的光焦度和放大倍率，来获得较小的体积重量，较大的视场范围和较高的成像分辨率，适用于640×512规格的成像器件。

如图1所示本实用新型的镜头由前组1、变倍组2、补偿组3、聚焦组4、转像组件5以及二次成像组6等组成。其中变倍组2和补偿组3实现红外镜头变倍要求。聚焦组4用于不同物距的聚焦需求，同时考虑用聚焦组4来补偿红外材料在-40℃～60℃范围内的温度变化引起的热胀冷缩导致的红外镜头齐焦性变化。转像组5实现光路180°折转，加大空间的利用效率，缩短红外镜头的机械总长。二次成像组6实现整体焦距某一放大倍率，使红外镜头焦距满足光学系统要求。

具体地，如图2至图4所示为该连续变焦红外镜头短焦、中焦、长焦端的光路示意图，本实施例包括六片透镜，实现红外镜头变倍、聚焦以及温度补偿。

其中二次成像组包括二次成像组一镜6-1和二次成像组二镜6-2；前组、补偿组采用单晶锗，变倍组2和二次成像组一镜6-1采用单晶硅，聚焦组和二次成像组二镜6-2采用硒化锌，其中，前组1只包含一个透镜，采用单晶锗材料，前表面采用衍射结构和非球面结构，有效降低红外镜头色差和热差，收缩光线。前组1采用单一透镜能有效降低红外镜头重量。

变倍组2的有效焦距控制能降低红外镜头长度，变倍组焦距控制到相对较短的状态，采用单晶硅材料，有利于取得较大的半径，降低光线在变倍组2处的转折程度，有利于后续像差校正。变倍组2的焦距f2与连续变焦红外镜头最长焦状态焦距fl比值满足0.1≤f2/fl≤0.2。

补偿组3采用单晶锗材料，并且在后表面采用衍射结构和非球面结构，同时补偿组面型背向像面，配合前组1校正红外镜头色差和热差。

聚焦组4采用硒化锌材料，通过改变聚焦组相对于前组1的位置实现不同远近目标的聚焦需求，同时补偿红外材料在-40℃～60℃范围内的温度变化引起的热胀冷缩导致的红外镜头齐焦性变化。

所述转像组件5包括平面反射镜i5-1和平面反射镜ii5-2，将光路转折180°。平面反射镜i5-1将光路转折90°，平面反射镜ii5-2再将光路转折90°，这样实现了光路的180°折转，可以使细长的光路发生改变，将探测器的方向直接改变，缩小红外镜头体积，使红外镜头的空间尺寸能得到更加合理的利用。

变倍组2、补偿组3和聚焦组4还需保证在各温度条件下，红外镜头的一次像面在转像组件5和二次成像组6之间，不在转像组件5和二次成像组6的镜片内，且需要远离转像镜和二次成像组透镜，以免产生不可消除的冷反射，有利于整体光焦度匹配，压缩镜头体积。具体为通过前组1、变倍组2、补偿组3和聚焦组4保证所述镜头一次像面位于平面反射镜i5-1和二次成像组一镜6-1之间，且与平面反射镜i5-1和二次成像组一镜6-1的镜片表面距离大于或等于5mm。

二次成像组6与变倍组2配合，选取合适的放大倍率能有效压缩红外镜头前组1的有效口径，减小红外镜头重量和体积。本实用新型选取二次成像组放大倍率0.5≤β≤0.8。

如图5所示为红外镜头变焦过程中变倍组2和补偿组3的移动情况。

该实用新型连续变焦红外镜头达到了以下技术指标：焦距60mm～180mm，变倍比3倍；相对孔径d/f为1/4；视场角9.1°×7.3°～3°×2.4°；适配640*512探测器。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。