本发明涉及一种制冷型中波红外分档变焦镜头。
背景技术：
红外热成像系统的应用范围日益广泛，重要性日显突出，广泛运用于国防、治安、工业检测等多个领域，在民用和军用方面具有非常重要的应用价值。其中红外光学系统是红外热成像仪的核心部件直接影响整个系统的性能。红外变焦距光学系统在一定范围内可以改变焦距从而可以获得不同大小的视场角、不同大小的目标影像和不同的景物范围。随着红外光学技术的长足发展及其应用范围的不断扩展，对红外变焦距光学系统的需求日益增强。
目前制冷型红外中波变焦镜头中分档连续变焦局多，主要以在光路中切换镜组或者把相邻的一组透镜通过相对运动来改变间隔从而实现变焦。前者镜片数量较多，结构也相对复杂；后者运动行程较长结构复杂。并且连续变焦的镜头大多数都是通过精密的凸轮来实现变倍组和补偿组的运动，所以机械机构和控制过程相对复杂，成像质量也不容易保证，造价高等缺点，而本发明是通过改变系统内的一片镜片的相对位置来实现分档变焦功能，具有行程短，体积小，易携带，像面稳定，成像品质好，结构紧凑，可靠性高的特点，能够满足使用者要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种制冷型中波红外分档变焦镜头，具有制作简单、体积小、操作方便、成像品质高的特点，以满足实际使用要求。
本发明提供的技术方案是这样实现的：
一种制冷型中波红外分档变焦镜头，其包括一个变焦距物镜镜组和一个二次成像镜组；其中所述变焦距物镜镜组沿光轴依次设置有前固定组、变倍组、后固定组，二次成像镜组沿光轴依次设置有二次成像透镜1、二次成像透镜2，二次成像透镜3；上述前固定组、变倍组、后固定组以及二次成像透镜组在同一光轴，变倍组可沿光轴移动，其余镜组位置不变；
所述的前固定组、变倍组、后固定组对系统光焦度的贡献分别为正、负、正形式；
所述前固定组(1)透镜为正光焦度面向像方弯月透镜，其光学参数曲率半径为前表面54mm、后表面75mm，中心厚度为7mm，材料为单晶硅；
所述变倍组(2)透镜为负光焦度双凹透镜，其光学参数曲率半径为前表-115mm、后表面91mm，中心厚度为3mm，材料为单晶锗，实现消色差，同时有效校正场曲和像散。
所述后固定组由一正光焦度双凸透镜(3)和一正光焦度弯月透镜(4)组成，其中，正光焦度双凸透镜的光学参数曲率半径为前表面36mm、后表面为-429mm，中心厚度5mm，材料为单晶硅，弯月透镜光学参数曲率半径为前表面-89mm、后表面-345mm，中心厚度3mm，材料为单晶锗。
所述二次成像透镜1为负光焦度弯月透镜(5)光学参数曲率半径为前表面-24mm、后表面-25mm、中心厚度2mm，材料为单晶锗。所述二次成像透镜2为正光焦度弯月透镜(6)光学参数曲率半径为前表面-11mm、后表面为-16mm、中心厚度为1.5mm，材料为二氧化硅晶体。所述二次成像透镜3为正光焦度弯月透镜(7)光学参数曲率半径为前表面7mm、后表面为8mm、中心厚度为2mm，材料为单晶锗。
所述前固定组弯月透镜(1)的前表面、后固定组双凸透镜(3)的前表面、二次成像透镜的弯月透镜(5)的前表面及弯月透镜(7)的前表面为非球面。
本发明的有益效果为：此制冷型中波红外变焦距镜头，其中包括一个变焦距物镜镜组和一个二次成像镜组。其中变焦距物镜镜组沿光轴依次设置有前固定组、变倍组、后固定组；二次成像镜组沿光轴依次设置有二次成像透镜1、二次成像透镜2，二次成像透镜3。变焦距物镜镜组以及二次成像镜组位于同一光轴上，变倍组沿光轴移动，其余镜组位置不变；本发明针对制冷式650*512红外焦平面探测器实现了镜头焦距在50mm和250mm的两档变焦，变倍组行程短。镜片采用单晶硅、单晶锗和二氧化硅三种普通光学红外材料，便于加工，体积小，重量轻，易携带。同时镜片表面采用非球面设计，有效的降低了系统光学像差，大大提高了系统分辨力。
附图说明
图1是一种制冷型中波红外分档变焦镜头的短焦状态光路图示意图；
图2是一种制冷型中波红外分档变焦镜头的长焦状态光路图示意图；
其中，1-前固定组，2-变倍组，3、4-后固定组，5-二次成像透镜1，6-二次成像透镜2，7-二次成像透镜3
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明：
1.参阅图1和图2，一种制冷型中波红外分档变焦镜头包括一个变焦距物镜镜组和一个二次成像镜，共用了7片透镜；其中，所述变焦距物镜镜组沿光轴依次设置有前固定组、变倍组、后固定镜组。所述二次成像镜组沿光轴依次设置有二次成像透镜1，二次成像透镜2、二次成像透镜3。
所述前固定组为正光焦度面向像方第一弯月透镜1，其光学参数曲率半径为前表面54mm、后表面75mm，中心厚度为7mm，由单晶硅材料组成。
所述变倍组为负光焦度双凹透镜2，其光学参数曲率半径为前表-115mm、后表面91mm，中心厚度为3mm，为单晶锗材料组成，实现消色差，同时有利于控制校正场曲和像散，通过它的移动来改变整个系统的焦距。
所述后固定组由一正光焦度双凸透镜3和一正光焦度面向物方第二弯月镜4组成，其中，正光焦度双凸透镜的光学参数曲率半径为前表面36mm、后表面为-429mm，中心厚度5mm，由单晶硅材料组成；正光焦度面向物方第二弯月镜光学参数曲率半径为前表面-89mm、后表面-345mm，中心厚度3mm，由单晶锗材料组成，用于校正系统的场曲、色差。
所述二次成像前透镜为负光焦度面向物方第三弯月镜5光学参数曲率半径为前表面-24mm、后表面-25mm、中心厚度2mm，由单晶锗材料组成；
所述二次成像中透镜为正光焦度面向物方第四弯月镜6光学参数曲率半径为前表面-11mm、后表面为-16mm、中心厚度为1.5mm，由二氧化硅晶体材料组成；
所述二次成像后透镜为正光焦度面向像方第五弯月镜7光学参数曲率半径为前表面7mm、后表面为8mm、中心厚度为2mm，单晶锗材料组成；
所述前固定组弯月透镜(1)的前表面、后固定组双凸透镜(3)的前表面、二次成像透镜的弯月透镜(5)的前表面及弯月透镜(7)的前表面为非球面。
由于本发明制冷型中波红外变焦镜头的变焦距物镜镜组采用前固定组、变倍组、后固定组的设计方式，其各组元对系统光焦度的贡献分别为正、负、正形式；所述二次成像镜组能够压缩变焦距物镜镜组的有效通光口径，光阑距离成像面20mm，保证红外光学系统满足100％的冷光阑效率。
随着红外透镜冷加工能力的提高，通过在光学系统中使用非球面设计，可以有效降低系统像差，提高系统成像分辨力，同时将二次成像镜组的透镜数量减少，从而提高红外系统的光学透过率。
综上所述本发明制冷型中波红外变焦镜头通过变焦距物镜镜组和二次成像镜组各透镜表面曲率半径的设计以及材料的选择和无热化的设计，可以实现在50mm～250mm的双档变焦，工作波段为3μm～5μm，可在绝大多数环境温度范围正常工作。而且整体结构相对简单，易制造，易组装，体积小，重量轻，易携带，有效降低装调精度的要求，成像质量好，满足使用者的实际需求。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
1.一种制冷型中波红外分档变焦镜头，其特征在于：包括一个变焦距物镜镜组和一个二次成像镜组，变焦距物镜镜组沿光轴依次有前固定组(1)、变倍组(2)、后固定组组成，其中后固定组由一正光焦度双凸透镜(3)和一正光焦度弯月透镜(4)组成。二次成像镜组沿光轴依次有二次成像透镜1(5)、二次成像透镜2(6)，二次成像透镜3(7)；上述前固定组、变倍组、后固定组以及二次成像透镜组位于同一光轴上，变倍组沿光轴移动，其余镜组位置不变。所述前固定组(1)透镜为正光焦度面向像方弯月透镜，其光学参数曲率半径为前表面54mm、后表面75mm，中心厚度为7mm，材料为单晶硅；所述变倍组(2)透镜为负光焦度双凹透镜，其光学参数曲率半径为前表-115mm、后表面91mm，中心厚度为3mm，材料为单晶锗，实现消色差，同时有效校正场曲和像散。后固定组由一正光焦度双凸透镜(3)和一正光焦度弯月透镜(4)组成，其中，正光焦度双凸透镜的光学参数曲率半径为前表面36mm、后表面为-429mm，中心厚度5mm，材料为单晶硅，弯月透镜光学参数曲率半径为前表面-89mm、后表面-345mm，中心厚度3mm，材料为单晶锗，用于校正系统的场曲、色差。
2.根据权利要求1所述的一种制冷型中波红外分档变焦镜头，其特征在于：所述二次成像透镜1为负光焦度弯月透镜(5)光学参数曲率半径为前表面-24mm、后表面-25mm、中心厚度2mm，材料为单晶锗。
3.根据权利要求1所述的一种制冷型中波红外分档变焦镜头，其特征在于：所述二次成像透镜2为正光焦度弯月透镜(6)光学参数曲率半径为前表面-11mm、后表面为-16mm、中心厚度为1.5mm，材料为二氧化硅晶体。
4.根据权利要求1所述的一种制冷型中波红外分档变焦镜头，其特征在于：所述二次成像透镜3为正光焦度弯月透镜(7)光学参数曲率半径为前表面7mm、后表面为8mm、中心厚度为2mm，材料为单晶锗。
5.根据权利要求1所述的一种制冷型中波红外分档变焦镜头，其特征在于：所述前固定组弯月透镜(1)的前表面、后固定组双凸透镜(3)的前表面、二次成像透镜的弯月透镜(5)的前表面及弯月透镜(7)的前表面为非球面。
技术总结