[发明专利]一种轻小型非制冷长波红外双视场镜头及其成像方法

说明书

本发明采用五片式结构，用单个负透镜作为变倍组沿光轴移动实现两档变焦，通常先使用大视场进行大范围搜索目标，然后通过变焦切换到小视场进行精准跟踪识别。当变倍组轴向移动靠近前固定组时为大视场，远离前固定组时为小视场。系统后固定组结合使用硒化锌材料，降低系统的色差，提高系统像质。合理分配光焦度，结合使用偶次非球面来平衡系统像差，使得光学系统的结构简单化，长短焦均可清晰成像。通过曲率及厚度的调整降低各个光学元件的敏感度，使得该镜头更易于加工与装调。

技术领域

本发明属于光学系统领域，尤其涉及一种轻小型非制冷长波红外双视场镜头及其成像方法。

背景技术

双视场红外光学系统具有大小不同两个视场，大视场可用于大范围搜索目标，小视场可用于放大目标，对目标进行识别、跟踪或瞄准。相比于连续变焦红外光学系统，双视场红外光学系统的结构较简单，系统仅通过透镜组之间的间隔改变，便可实现双视场间的切换，且成像质量好，切换速度快、装调容易，因而得到广泛的应用。

应用于手持、机载吊舱等级别的热像仪都要求整机系统结构简单、装调容易、性能高，同时整机尺寸尽量小，重量轻。常见的非制冷长波红外双视场系统，由于其光阑位置固定，在增加焦距时会导致系统的尺寸和重量增大；此外，双视场系统的变倍组与调焦组分开设置，需要安装两个电机分别带动变倍组和调焦组，这样不仅会增加机械件的重量，导致整机系统重量偏重，还使得整机体积偏大，无法达到轻小型的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻小型非制冷长波红外双视场镜头及其成像方法。

本发明的技术方案在于：一种轻小型非制冷长波红外双视场镜头，包括沿物方至像方依次排列有正光焦度的前固定组、负光焦度的变倍组和正光焦度的后固定组，所述前固定组包括第一弯月正透镜，所述变倍组包括双凹负透镜，所述后固定组包括依次设置的平凸正透镜、弯月负透镜与第二弯月正透镜。

进一步地，所述平凸正透镜与弯月负透镜的空气间隔为30.10mm。

进一步地，所述弯月负透镜与第二弯月正透镜的空气间隔为23.66mm。

进一步地，所述双凹负透镜可以在弯月正透镜与平凸正透镜之间沿光轴左右移动，总移动量为33.75mm。

进一步地，所述后固定组后侧还依次设置有光学结构平行平板与IMA成像面，所述光学结构平行平板的厚度为1.0mm，距离IMA成像面1.3mm。

进一步地，所述第一弯月正透镜、双凹负透镜、平凸正透镜、第二弯月正透镜和光学结构平行平板的材质为锗单晶，所述弯月负透镜的材质为硒化锌。

一种轻小型非制冷长波红外双视场镜头的成像方法：光线自左向右依次经过第一弯月正透镜、双凹负透镜、平凸正透镜、弯月负透镜及第二弯月正透镜后进行成像。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

a)改变大小两个视场的相对孔径，即切换长短焦光阑位置：短焦时，光阑位于平凸正透镜的前表面，切换到长焦时，光阑位于第一弯月正透镜的前表面，这样有利于压缩镜片的口径，减小系统径向尺寸。

b)选择变倍组进行调焦，不需要增加单独的调焦机构，有效降低系统结构的复杂度，有利于整机系统小型化和轻型化的实现。

c)弯月负透镜使用硒化锌材料，可降低光学系统的色差，提高长焦距的像质；光学设计过程中减小运动组元的导程，减小光学系统总行程，利于镜头的小型化。

附图说明

图1为大视场的光学结构示意图；

图2为小视场的光学结构示意图；

图3为大视场的MTF值；

图4为小视场的MTF值；