CN112666690B - 切换式制冷型长波红外双视场镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种切换式制冷型长波红外双视场镜头，包括前透镜组A及后透镜组C以及位于前组透镜A及后组透镜C之间能够实现变倍切换的变倍切换透镜组B；所述变倍切换透镜组B固定于一能旋转的机构上，并通过90度旋转实现视场切换，本发明采用二次成像的结构型式，小视场光学***由四片镜片组成，大视场在小视场光学***的基础上切入变倍切换组，大视场光学***由八片镜片组成，其中变倍切换组由四片镜片组成，变倍切换组通过90度旋转框架进行90度旋转，实现大小视场切换，其中小视场对应切出位置，大视场对应切入位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种切换式制冷型长波红外双视场镜头。
背景技术
双视场光学***由于其结构比连续变焦镜头简单，仅通过改变透镜组之间的间隔即可实现视场间的切换，切换速度快、装调容易，因此在现代军事中发挥了不可替代的作用。目前红外双视场光学***主要是通过轴向移动变倍组来实现视场切换，由于轴向移动式的轴向尺寸较大，无法在短时间内实现视场切换，容易造成高速运动的目标脱靶。而切换式即通过切换光学***中的透镜组来改变焦距，这种方式的特点是光路上没有运动光学元件，其光轴稳定性好，且切换时间短，光学元件数量少，***透过率高，整体重量更轻。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是目前红外双视场光学***主要是通过轴向移动变倍组来实现视场切换，由于轴向移动式的轴向尺寸较大，无法在短时间内实现视场切换，容易造成高速运动的目标脱靶稳定性差。
本发明的具体实施方案是：切换式制冷型长波红外双视场镜头，包括前透镜组A及后透镜组C以及位于前组透镜A及后组透镜C之间能够实现变倍切换的变倍切换透镜组B；
前透镜组A沿着物面到像面包含凸面朝向物面的弯月正透镜A1及凸面朝向物面的弯月负透镜A2；
所述后透镜组C沿着物面到像面包含凹面朝向物面的弯月正透镜C1及凸面朝向物面的弯月正透镜C2；
所述变倍切换透镜组B包括沿物面到像面轴向设置的凹面朝向物面的弯月负透镜B1；双凸正透镜B2；凸面朝向物面的弯月正透镜B3及凸面朝向物面的弯月负透镜B4；
所述变倍切换透镜组B固定于一能旋转的机构上，并通过90度旋转实现变倍切换透镜组B的各个透镜处于与前透镜组A及后透镜组C的透镜同轴或垂直的视场切换。
进一步的，当变倍切换透镜组B的各个镜片与前透镜组A及后透镜组C的透镜同轴设置时；
前透镜组A与变倍切换透镜组B的空气间隔为22.98mm，变倍切换透镜组B与后组透镜C的空气间隔为30.33mm；
弯月正透镜A1与弯月负透镜A2的空气间隔为59.93mm；
弯月正透镜C1与弯月正透镜C2的空气间隔为26.83mm；
弯月负透镜B1与双凸正透镜B2的空气间隔为24.44mm，双凸正透镜B2与弯月正透镜B3的空气间隔为48mm，弯月正透镜B3与弯月负透镜B4的空气间隔为17.98mm。
进一步的，所述弯月正透镜A1与弯月负透镜A2材料为锗单晶，所述弯月正透镜C1及弯月正透镜C2材料为锗单晶。
进一步的，所述弯月负透镜B1材料为硫系玻璃；双凸正透镜B2材料为锗单晶；弯月正透镜B3材料为锗单晶；弯月负透镜B4材料为硫系玻璃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用二次成像的结构型式，小视场光学***由四片镜片组成，大视场在小视场光学***的基础上切入变倍切换组，大视场光学***由八片镜片组成，其中变倍切换组由四片镜片组成，变倍切换组通过90度旋转框架进行90度旋转，实现大小视场切换，其中小视场对应切出位置，大视场对应切入位置。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明双视场镜头长焦的MTF曲线。
图3为本发明双视场镜头短焦的MTF曲线。
图4为本发明的长焦点列图。
图5为本发明的短焦点列图。
图6该双视场镜头的长焦场曲畸变图。
图7该双视场镜头的短焦场曲畸变图。
图中：11-弯月正透镜A1、12-弯月负透镜A2、21-弯月负透镜B1、21-双凸正透镜B2、22-双凸正透镜B2、23-弯月正透镜B3、24-弯月负透镜B4、31-弯月正透镜C1、32-弯月正透镜C2。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1～7所示，切换式制冷型长波红外双视场镜头，包括前透镜组A及后透镜组C以及位于前组透镜A及后组透镜C之间能够实现变倍切换的变倍切换透镜组B；
前透镜组A沿着物面到像面包含凸面朝向物面的弯月正透镜A1及凸面朝向物面的弯月负透镜A2；
所述后透镜组C沿着物面到像面包含凹面朝向物面的弯月正透镜C1及凸面朝向物面的弯月正透镜C2；
所述变倍切换透镜组B包括沿物面到像面轴向设置的凹面朝向物面的弯月负透镜B1；双凸正透镜B2；凸面朝向物面的弯月正透镜B3及凸面朝向物面的弯月负透镜B4；
所述变倍切换透镜组B固定于一能旋转的机构上，并通过90度旋转实现变倍切换透镜组B的各个透镜处于与前透镜组A及后透镜组C的透镜同轴或垂直的视场切换。
本实施例中，当变倍切换透镜组B的各个镜片与前透镜组A及后透镜组C的透镜同轴设置时；
前透镜组A与变倍切换透镜组B的空气间隔为22.98mm，变倍切换透镜组B与后组透镜C的空气间隔为30.33mm；
弯月正透镜A1与弯月负透镜A2的空气间隔为59.93mm；
弯月正透镜C1与弯月正透镜C2的空气间隔为26.83mm；
弯月负透镜B1与双凸正透镜B2的空气间隔为24.44mm，双凸正透镜B2与弯月正透镜B3的空气间隔为48mm，弯月正透镜B3与弯月负透镜B4的空气间隔为17.98mm。
本实施例中，所述弯月正透镜A1与弯月负透镜A2材料为锗单晶，所述弯月正透镜C1及弯月正透镜C2材料为锗单晶。
本实施例中，当变倍切换透镜组B的各个镜片与前透镜组A及后透镜组C的透镜同轴设置时，沿物面到像面各个透镜的数据表如下：以下表格的数据，将说明本发明实施例的光学参数，表面序号依据。
表一：光学元件参数表：
表二：非球面相关数据：
非球面表达式为：
上表中Z代表光轴方向的位置，r代表相对光轴的垂直方向上的高度，c代表曲率半径，k代表圆锥系数
代表非球面系数。在非球面数据中，E-n代表“
”，例如2.2722E-009代表
。
由图2、图3可以看出，该双视场镜头长短焦的MTF曲线均接近衍射极限，具有较高的分辨率，满足640*512,15um制冷型长波红外探测器的传函需求。由图4、图5可知，该镜头各视场下的RMS弥散斑半径均小于艾里斑半径，表明该***成像质量良好，满足要求。图6、图7中所示为光学***的场曲、畸变曲线，最大相对畸变均小于3%，表明该***相对畸变满足要求。
本发明采用二次成像的结构型式，前透镜组A及后透镜组C构成的小视场光学***，及在小视场光学***的基础上切入变倍切换透镜组B后的大视场，变倍切换透镜组B通过90度旋转框架进行90度旋转，实现大小视场切换，其中小视场对应切出位置，大视场对应切入位置。合理分配光焦度并结合使用偶次非球面来平衡***像差，使得光学***的整体体积足够小。通过改变透镜的曲率或改变间隔来提高冷反射光线在各个折射面上的YNI值，使得冷光线返回探测器时产生离焦，被冷光阑和其他孔径所遮拦，降低冷反射强度；通过曲率及厚度的调整降低了各个光学件的敏感度，使得该镜头更易于加工与装调。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (3)
1.切换式制冷型长波红外双视场镜头，其特征在于，由前透镜组A及后透镜组C以及位于前组透镜A及后组透镜C之间能够实现变倍切换的变倍切换透镜组B构成；
前透镜组A由沿着物面到像面凸面朝向物面的弯月正透镜A1及凸面朝向物面的弯月负透镜A2构成；
所述后透镜组C由沿着物面到像面包含凹面朝向物面的弯月正透镜C1及凸面朝向物面的弯月正透镜C2构成；
所述变倍切换透镜组B由沿物面到像面轴向设置的凹面朝向物面的弯月负透镜B1；双凸正透镜B2；凸面朝向物面的弯月正透镜B3及凸面朝向物面的弯月负透镜B4构成；
所述变倍切换透镜组B固定于一能旋转的机构上，并通过90度旋转实现变倍切换透镜组B的各个透镜处于与前透镜组A及后透镜组C的透镜同轴或垂直的视场切换；
当变倍切换透镜组B的各个镜片与前透镜组A及后透镜组C的透镜同轴设置时；
前透镜组A与变倍切换透镜组B的空气间隔为22.98mm，变倍切换透镜组B与后组透镜C的空气间隔为30.33mm；
弯月正透镜A1与弯月负透镜A2的空气间隔为59.93mm；
弯月正透镜C1与弯月正透镜C2的空气间隔为26.83mm；
弯月负透镜B1与双凸正透镜B2的空气间隔为24.44mm，双凸正透镜B2与弯月正透镜B3的空气间隔为48mm，弯月正透镜B3与弯月负透镜B4的空气间隔为17.98mm。
2.根据权利要求1所述的切换式制冷型长波红外双视场镜头，其特征在于，所述弯月正透镜A1材料为锗单晶，弯月负透镜A2材料为硒化锌，所述弯月正透镜C1及弯月正透镜C2材料为锗单晶。
3.根据权利要求1或2所述的切换式制冷型长波红外双视场镜头，其特征在于，所述弯月负透镜B1材料为硫系玻璃；双凸正透镜B2材料为锗单晶；弯月正透镜B3材料为锗单晶；弯月负透镜B4材料为硫系玻璃。
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