[发明专利]一种变焦距红外光学系统及变焦装置和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变焦距红外光学系统及变焦装置和制造方法，具体是涉及多档变焦距红外光学系统和直线切入的变焦装置及制造方法。 

背景技术

变焦距光学系统，是利用光学系统中一组或以上的透镜组的移动，改变系统的组合焦距，同时保持最后像面不变。由于变焦距光学系统能在一定范围内迅速改变系统的焦距，获得不同比例的象与视场，在光学应用领域中均得到了大量运用。变焦距红外光学系统，则是采用工作于红外波段的红外光学材料作为透镜组元，将外界的红外能量辐射进行聚焦，会聚成像到红外探测器靶面上。光学系统由固定透镜组元与移动透镜组元组成，移动透镜组元在系统中移动改变焦距以获得不同的视场倍率，实现不同的观察效果。 

变焦距红外光学系统，特别是与制冷型探测器配合使用时，需要确保系统孔径光阑与探测器冷屏相吻合，从而实现制冷型探测器所需的100％冷光阑效应。因此，传统变焦距红外光学系统一般是采用变焦透镜组沿光轴方向移动，在不同的位置实现不同的光焦度，从而获得不同的放大倍率。一般有两档变焦与连续变焦两种变焦方式，前者是利用变倍组的两个共轭位置变焦成像，后者则是采用多个镜组移动补偿变焦成像。传统方式变焦的光学系统变焦透镜组始终处于光路中参与成像，对系统的各个焦距都产生作用，这种技术方式存在以下主要缺陷： 

（1）        长焦系统透镜多，透过率相对不高。由于变焦镜组始终处于光路中参与成像，为了同时兼顾长短焦各个视场的成像质量，系统需要较多数量的透镜进行像差平衡与整体优化，从而造成系统长焦端透镜数量多，透过率不高，制约了系统作用距离的提高。

（2）        像质受到变焦因素影响。由于变焦镜组在各个视场均参与成像，因此变焦镜组的加工误差与装调定位误差就直接对各个视场的成像质量造成负面影响，制约了系统分辨能力的提高。 

（3）        视场与运动组元数量有限制。利用变倍组的共轭位置成像的两倍变焦系统只能实现两个视场的变换，而连续变焦系统能够实现多个视场变换，但运动组元多，而且系统变倍倍率越大，系统变倍组轴向移动行程就越长，视场切换时间也就越长。 

近年来出现了采用翻转运动机构实现两档变焦的红外光学系统，与传统的变焦形式有所区别，得到了一定的应用。但这种变倍透镜组旋转运动实现变焦的方式，由于运动方式所限，为了避免变倍透镜组切割长焦光线，需要变倍透镜组的正负透镜之间留出足够的间隔，以保证长焦光路不受影响，变倍透镜组的轴向长度就比较长，也限制了光学设计的自由度；同时由于变倍透镜组轴向长度太长，采用这种变焦方式的系统在空间有限的情况下，一般工作视场只设置2个。 

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的传统轴向运动变焦系统与翻转运动变焦系统存在的不足，本发明采用直线切入变焦方式的多档变焦距红外光学系统，弥补了传统变焦距方式的缺陷，能够有效提高系统作用距离与分辨能力，实现多档焦距与视场。 

本发明一种变焦距红外光学系统的技术方案是： 

一种变焦距红外光学系统，其特征在于：它包括一个长焦透镜组和变倍透镜组，透镜材料均是能工作于红外波段的光学材料；所述长焦透镜组由前固定透镜组和后固定透镜组构成；变倍透镜组位于前固定透镜组和后固定透镜组之间：

当长焦成像时，变倍透镜组位于前固定透镜组与后固定透镜组之间的光路以外；当变焦距成像时，变倍透镜组通过控制机构平行移动直线切入前固定透镜组与后固定透镜组之间的光路中，且直线切入时的变倍透镜组中心光轴与前、后固定透镜组之间的中心光轴重合。

进一步的、具有附加技术特征的技术方案是： 

所述的变焦距红外光学系统，其前固定透镜组包括前第一固定透镜和前第二固定透镜；变倍透镜组每组由至少两个透镜构成。

所述的变焦距红外光学系统，其控制机构是包括有直线导轨的手动机构或电动机构。 

所述的变焦距红外光学系统，其透镜材料是单晶锗或单晶硅。 

本发明一种红外光学系统变焦装置的技术方案是: