[发明专利]一种中波红外连续变焦镜头及成像装置

说明书

本发明公开了中波红外连续变焦镜头，其中，从物方到像方同轴依次排列前固定组、变焦透镜组、补偿透镜组、后固定组以及二次成像透镜组，所述前固定组具有正光焦度，所述变焦透镜组具有负光焦度，所述补偿透镜组具有正光焦度，所述后固定组具有正光焦度，所述二次成像透镜组具有正光焦度，所述变焦透镜组和/或所述补偿透镜组可轴向移动实现连续变焦。该中波红外连续变焦镜头，结构紧凑，满足冷光阑效率100％；所述变焦透镜组和/或所述补偿透镜组的轴向移动实现系统的连续变焦，变焦行程短且曲线平滑，在全焦范围内具有良好的成像质量。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种中波红外连续变焦镜头及成像装置。

背景技术

光学仪器在较大温度范围内使用时，镜筒材料、光学材料的热胀冷缩以及光学材料的温度折射率系数会使镜头光焦度发生变化，产生离焦现象，而镜筒材料的热胀冷缩也会造成光学系统离焦，使成像质量下降。为了降低温度变化对红外光学系统成像质量的影响，需要进行无热化设计，或称为消热差设计，即通过一定的机械、光学及电子等技术，补偿因温度变化产生的离焦，使红外光学系统在一个变化范围较大的温度区间内保持成像质量的稳定。目前的消热差方式主要有：机电主动式消热差、机械被动式消热差和光学被动式消热差。

红外连续变焦光学系统的焦距在一定范围内连续改变时，像面稳定并且能保持良好的像质。像面景物的大小连续可变，能达到定焦镜头和多档变焦镜头无法达到的视觉效果，从而实现大视场搜索目标，小视场仔细观察目标的目的。

目前国内对于中波红外连续变焦光学系统的研究已有文献报道。陈吕吉“紧凑中波红外连续变焦光学系统设计”，针对制冷型320×240元凝视焦平面探测器，实现27.5mm～458mm连续变焦(《红外技术》2010，32(10))。对于采用640×512元凝视焦平面阵列探测器的设计，公开的文献有：中国电子科技集团公司第十一研究所“一种中波红外连续变焦镜头”的专利，该发明公开了一种能够应用于640×512元25μm制冷型中波探测器，焦距范围50mm～500mm，变倍比为10倍，移动透镜组行程最大为123mm的中波红外连续变焦镜头，但该专利的缺点是：由于移动组最大行程过长，因此增加了视场切换时间，增大了保证宽、窄视场重合精度的难度。公开号为CN106526818的中国专利公开了一项三组联动紧凑型高变倍比红外联系变焦光学系统。但是该系统由于采用的是三组元变焦方式，光学系统结构复杂,控制精度要求较高。

综上所述，通常的中波红外变焦镜头轴向尺寸过长，需要通过屏幕反射镜折转光路，空间体积大，难以满足高变倍比、小尺寸的实际使用需求。此外，红外镜头所采用的光学材料受温度影响非常大，其折射率、厚度、曲率半径等光学参数会随温度发生变化，进而导致焦面发生漂移，成像质量下降。当镜头运动到长焦端时，温度导致图像质量的下降尤其明显。上述这些问题都大大限制了目前现有红外变焦镜头的适用性和应用范围。

发明内容

本发明实施例提供了一种中波红外连续变焦镜头及成像装置，能够实现镜头结构紧凑且具有中波红外连续变焦的能力。

第一方面提供一种中波红外连续变焦镜头，其中，从物方到像方同轴依次排列前固定组、变焦透镜组、补偿透镜组、后固定组以及二次成像透镜组，所述前固定组具有正光焦度，所述变焦透镜组具有负光焦度，所述补偿透镜组具有正光焦度，所述后固定组具有正光焦度，所述二次成像透镜组具有正光焦度，所述变焦透镜组和/或所述补偿透镜组可轴向移动实现连续变焦。

结合第一方面的实现方式，所述二次成像透镜组包括凸向像方的正光焦度的第一弯月透镜和位于所述第一弯月透镜像方侧的凸向像方的正光焦度的第二弯月透镜；所述第一弯月透镜和第二弯月透镜均为锗透镜。

结合第一方面的实现方式，所述前固定组的像方侧表面为偶次非球面；所述变焦透镜组的像方侧表面为偶次非球面；所述补偿透镜组的物方侧表面为偶次非球面；所述后固定组的物方侧表面为加工在偶次非球面基底上的衍射表面；所述第一弯月透镜的物方侧表面为加工在偶次非球面基底上的衍射表面，所述第二弯月透镜的物方侧表面为偶次非球面。