連續(xù)變焦非制冷紅外熱像儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及紅外熱成像領(lǐng)域，具體涉及一種大相對(duì)孔徑的非制冷連續(xù)變焦紅外熱 像儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 非制冷紅外產(chǎn)品在當(dāng)今得到非常廣泛的應(yīng)用，由于具有全天候晝夜觀測(cè)能力，大 量被用于監(jiān)控、警戒、監(jiān)視、偵察、森林防火等諸多領(lǐng)域。相比制冷紅外產(chǎn)品，非制冷紅外熱 像儀不需要對(duì)探測(cè)器進(jìn)行制冷，器件成本極大降低，開機(jī)時(shí)間極大縮短，使用便利，適用范 圍更廣。
[0003] 連續(xù)變焦非制冷紅外熱像儀，具有連續(xù)變焦能力的紅外鏡頭，由于可以對(duì)遠(yuǎn)近目 標(biāo)都清晰成像，為使用者提供了最為適宜的畫面與視場(chǎng)，在非制冷紅外產(chǎn)品得到越來越多 的應(yīng)用。
[0004] 目前經(jīng)公開發(fā)表的連續(xù)變焦非制冷紅外熱像儀，雖然具有連續(xù)變焦功能，但大多 存在以下缺陷：
[0005] (1)相對(duì)孔徑偏小，較小的相對(duì)孔徑會(huì)導(dǎo)致光學(xué)鏡頭收集紅外熱輻射的能力下降， 當(dāng)與較低靈敏度的紅外探測(cè)器配合使用時(shí)，圖像對(duì)比度會(huì)明顯變差，噪聲增加，圖像效果較 差。
[0006] (2)缺少自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)，當(dāng)目標(biāo)距離發(fā)生變化或環(huán)境溫度發(fā)生改變時(shí)，紅外系統(tǒng)由 于其材料的特殊性，焦面會(huì)發(fā)生偏移，圖像會(huì)變模糊，此時(shí)就需要光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，適應(yīng) 焦面偏移，而且調(diào)整量與鏡頭焦距相關(guān)。當(dāng)前的連續(xù)變焦紅外鏡頭都缺乏自動(dòng)對(duì)焦模塊，往 往需要人工參與調(diào)整，一旦變焦就需要使用者進(jìn)行調(diào)焦，操作繁瑣，效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有連續(xù)變焦非制冷紅外熱像儀存在的不足，提供了一種具有大相對(duì) 孔徑與自動(dòng)對(duì)焦功能的連續(xù)變焦紅外熱像儀，熱像儀包含連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)組件、自 動(dòng)對(duì)焦模塊，能夠顯著提升紅外熱像儀的性能，具有更好的適應(yīng)性與實(shí)用性。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0009] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明采用負(fù)組變焦、正組補(bǔ)償?shù)亩喾乔蛎娲笙鄬?duì)孔 徑光學(xué)系統(tǒng)，相對(duì)孔徑達(dá)到1:1以上，可以達(dá)到更遠(yuǎn)的作用距離與更佳的圖像效果；優(yōu)化設(shè) 計(jì)調(diào)焦透鏡，采用后組透鏡進(jìn)行調(diào)焦補(bǔ)償，能夠充分補(bǔ)償環(huán)境溫度變化導(dǎo)致的離焦，調(diào)焦效 果比優(yōu)化前明顯提升。集成自動(dòng)對(duì)焦控制模塊，通過對(duì)圖像邊緣輪廓的能量值進(jìn)行提取與 分析比較，識(shí)別離焦量并驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)調(diào)焦透鏡，保證光學(xué)系統(tǒng)焦面不動(dòng)，始終保持圖像的 清晰。
[0010] 進(jìn)一步地，將多種紅外光學(xué)材料進(jìn)行合理搭配，充分消除系統(tǒng)像差，取得了優(yōu)異的 成像質(zhì)量。
【附圖說明】
[0011] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0012] 圖1本發(fā)明熱像儀整體示意圖；
[0013] 圖2a為光學(xué)系統(tǒng)150mm長焦端示意圖；
[0014] 圖2b為光學(xué)系統(tǒng)30mm短焦端不意圖；
[0015] 圖3為光學(xué)系統(tǒng)變焦鏡組與補(bǔ)償鏡組運(yùn)動(dòng)曲線圖。
[0016] 其中1為前固定物鏡，2為變焦透鏡，3為補(bǔ)償透鏡，4為補(bǔ)償透鏡，5為后組透鏡 一，6為調(diào)焦透鏡，7為后組透鏡三，8為主鏡筒，9為支架，10為齒輪，11為電機(jī)，12為紅外探 測(cè)器，13為自動(dòng)對(duì)焦模塊，14為后殼體，15為變焦凸輪。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0018] 本發(fā)明提供一種連續(xù)變焦非制冷紅外熱像儀，如圖1所示，包括放置于光學(xué)系統(tǒng) 像面位置的紅外探測(cè)器12、大相對(duì)孔徑的連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)組件與自動(dòng)對(duì)焦模塊 13 ；
[0019] 本發(fā)明的連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)孔徑大于等于1 :1，該連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)包括 沿光軸從物方到像方依次設(shè)置光學(xué)透鏡，包括前固定透鏡1、變焦透鏡2、補(bǔ)償透鏡3與補(bǔ)償 透鏡4、后組透鏡5與后組透鏡7、調(diào)焦透鏡6 ;本發(fā)明實(shí)施例中補(bǔ)償透鏡可包括兩個(gè)，補(bǔ)償 透鏡3和補(bǔ)償透鏡4。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)大相對(duì)孔徑，增加了光學(xué)系統(tǒng)的口 徑，能夠接收更多的目標(biāo)熱輻射。光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置了多個(gè)彎月透鏡，如后組透鏡5與調(diào)焦透 鏡6,從而能夠消除大相對(duì)孔徑帶來的系統(tǒng)像差，使得光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)孔徑為1 :0. 9。
[0020] 結(jié)構(gòu)組件包括主鏡筒8、變焦凸輪15和電機(jī)11，主鏡筒8用于固定連續(xù)變焦光學(xué) 系統(tǒng)中的光學(xué)透鏡；變焦凸輪15在電機(jī)11驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)變焦透鏡2與補(bǔ)償透鏡運(yùn)動(dòng)，完成光 學(xué)系統(tǒng)變焦；圖3為光學(xué)系統(tǒng)變焦鏡組與補(bǔ)償鏡組運(yùn)動(dòng)曲線圖。其中系列1為變焦透鏡運(yùn) 動(dòng)曲線，系列2為補(bǔ)償透鏡運(yùn)動(dòng)曲線。
[0021] 自動(dòng)對(duì)焦模塊13通過對(duì)圖像邊緣輪廓的能量值進(jìn)行提取與分析比較，識(shí)別離焦 量并驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)調(diào)焦透鏡6,自動(dòng)對(duì)焦，保證光學(xué)系統(tǒng)焦面不動(dòng)，始終保持圖像的清晰。自 動(dòng)對(duì)焦模塊13可集成于紅外熱像儀的電氣組件中。
[0022] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖1所示，第一片透鏡為前固定透鏡1，采用單晶鍺材 料，形狀為凸凹透鏡，凸面朝向物方，為正屈光度；第二片透鏡為變焦透鏡，采用單晶鍺材 料，形狀為雙凹透鏡，為負(fù)屈光度；第三片透鏡為補(bǔ)償透鏡一，采用單晶鍺材料，形狀為雙凸 透鏡，為正屈光度；第四片透鏡為補(bǔ)償透鏡二，采用硒化鋅材料，形狀為凹凸透鏡，凸面朝向 像方，為負(fù)屈光度；第五片透鏡為后組透鏡一，采用單晶鍺材料，形狀為凹凸透鏡，凸面朝向 物方，為正屈光度；第六片透鏡為調(diào)焦透鏡，采用單晶鍺材料，形狀為凹凸透鏡，凸面朝向像 方，為負(fù)屈光度；第七片透鏡為后組透鏡三，采用單晶鍺材料，形狀為凹凸透鏡，凸面朝向物 方，為正屈光度。光學(xué)系統(tǒng)為5倍連續(xù)變焦系統(tǒng)，長焦端焦距為150mm(如圖2a所示），短焦 端焦距為30mm(如圖2b所示），光學(xué)系統(tǒng)在30mm~150mm焦距范圍內(nèi)均可以清晰成像。
[0023] 本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，如下表1所示，列出了本發(fā)明中連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng) 的具體參數(shù)。
[0024]表1連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的具體參數(shù)
[0025]
[0026] 在表1中，曲率半徑是指每個(gè)表面的曲率半徑，間距是指相鄰兩表面之間的距離， 舉例來說，表面S1的間距，即表面S1至表面S2間的距離。玻璃材料是該透鏡的制作加工 所用的材料。其中目鏡一和后固定組透鏡一為鍺基地上的高次非球面。下表2列出了表面 S2、表面S4的非球面系數(shù)。
[0027] 表2表面S2、S4的非球面系數(shù)
[0028]
[0029] 非球面以面頂點(diǎn)為基準(zhǔn)的光軸方向的位變定義如下：
[0030]
[0031] 其中，各參數(shù)含義如下：
[0032] Z:光軸方向的位變
[0033] H:光軸的高
[0034] c:透鏡曲率
[0035] K:二次曲面系數(shù)
[0036] A