[发明专利]无后固定组中波红外30倍连续变焦光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及应用于中波制冷型红外焦平面探测器的无后固定组中波红外30倍连续变焦光学系统。

背景技术

红外变焦成像系统分为连续变焦和定档变焦两种，连续变焦的红外光学系统用于机载光电侦察系统，既能为飞行员在巡航和搜索时提供极佳的态势感知，又能在发现目标时，调到小视场瞄准、跟踪。在视场转换过程中能够保持图像的连续性，对搜索和跟踪高速运动目标非常有利。连续变焦解决了定档变焦中两档与多档镜头在视场切换的时间间隔内对快速运动的目标丢失这一缺陷，因此，连续变焦光学系统广泛应用于机载光电侦察设备中。

目前国内对于中波红外连续变焦光学系统的研究已有文献报道，但在大于20倍的系统中多针对320×240凝视焦平面阵列探测器，分辨率较低。杨为锦“中波红外连续变焦系统设计”，基于制冷型320×240凝视焦平面阵列探测器，设计了一套高变倍比(18倍)中波红外连续变焦光学系统，实现了11mm～200mm的连续变焦(《中国光学与应用光学》2010，03(2))。陈吕吉“紧凑中波红外连续变焦光学系统设计”，针对制冷型320×240凝视焦平面探测器，实现27.5mm～458mm连续变焦(《红外技术》2010，32(10))。张良“中波红外变焦距系统的光学设计”，介绍了一种制冷型320×240凝视型焦平面阵列探测器的中波红外变焦光学系统的设计，该系统变焦范围13mm～275mm(《应用光学》2006，27(1))。在国内针对640×512凝视焦平面阵列探测器的中波红外连续变焦系统中，南京航空航天大学信息科学与技术学院，中国一航光电所，中国航天二院25所许照东，刘欣，尉钟等发表了“采用640×512元探测器的机载红外系统设计”，针对中波640×512元红外焦平面凝视探测器设计了一套1∶20，焦距范围14mm～280mm小型高分辨率连续变焦红外系统。其系统焦距较小，探测距离较近。中国电子科技集团公司第十一研究所“一种中波红外连续变焦镜头”的专利，该发明公开了一种能够应用于640×512元25μm制冷型中波探测器，焦距范围50～500mm，变倍比为10倍，移动透镜组行程最大为123mm的中波红外连续变焦镜头，但该专利的缺点是：由于移动组最大行程过长，因此增加了视场切换时间，增大了保证宽、窄视场重合精度的难度。

国外的连续变焦光学系统大于30倍的系统也较少。Yoram Aron等人设计了一种针对制冷型中波红外探测器的30倍连续变焦光学系统，其光学系统采用三组元移动、三次成像实现连续变焦，焦距范围23～701mm，系统F数4.7，其系统采用三组元移动实现变焦，机构较复杂，且目前国内很难采购F数4以上的探测器。Mark C.Sanson等人设计了一款大变倍比中波红外连续变焦光学系统，其光学系统采用二组元变焦，二次成像技术，焦距范围15.2～456mm，系统F数4.5，使用了11片玻璃，其中8片非球面和一个衍射面，设计针对的探测器国内难以采购，且部分材料国内批量生产和采购困难。

发明内容

为了解决国内现有技术存在的变倍比小于20倍，移动组行程较长；国外中波红外30倍光学系统F数大于4，国内探测器应用存在局限性和部分材料采购困难等问题，本发明提供一种可应用于制冷型320×256元30μm或640×512元15μm凝视型焦平面探测器，具有恒定F数为4的无后固定组中波红外30倍连续变焦光学系统。该系统采用二组元、无后固定组机械补偿理论变焦，二次成像技术，仅使用硅、锗，硒化锌三种国内常用材料，实现了焦距在17.5mm～525mm范围内的连续可变，变倍组行程最大为106mm，补偿组行程最大为50mm，系统光学总长350mm，并实现100％的冷光阑效率。