[发明专利]三组元中波红外30倍连续变焦光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，具体涉及一种三组元红外连续变焦光学系统。

背景技术

红外连续变焦光学系统的焦距在一定范围内连续改变时，像面稳定并且能保持良好的像质。像面景物的大小连续可变，能达到定焦镜头和多档变焦镜头无法达到的视觉效果，从而实现大视场搜索目标，小视场仔细观察目标的目的。

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，但多为采用320×240元焦平面阵列探测器的设计，且长焦焦距不大于500mm，变倍比均小于20倍。例如：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11～200mm的连续变焦(《中国光学与应用光学》2010，03(2))。郜洪云“中波红外连续变焦光学系统”，针对制冷型320×240元凝视焦平面阵列探测器，设计了一个中波红外连续变焦光学系统。该系统可以实现50～500mm的连续变焦(《光学精密工程》2007，15(7))。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27.5～458mm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13～275mm(《应用光学》2006，27(1))。对于采用640×512元凝视焦平面阵列探测器的设计，公开的文献有：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。

国外对30倍中波红外连续变焦系统的设计已有少量文献报道，但系统F数均大于4。如Yoram Aron等报道的30倍连续变焦系统和Mark C.Sanson等报道的30倍连续变焦系统，光学系统F/#分别为4.7和4.5。然而，国内中波红外制冷型探测器F数要求不大于4，因此不能满足国内现阶段探测器的应用需求。

发明内容

为了解决国内现有技术存在的变倍比小于20倍，长焦焦距小于500mm，移动组最大行程较长；国外30倍光学系统F数大于4，应用国内探测器存在局限性等问题，本发明提供一种可应用于制冷型640×512元15μm或320×240元30μm凝视型焦平面探测器，具有恒定F数4的中波红外30倍连续变焦光学系统。该系统采用三组元变焦、三次成像技术实现了焦距在25～750mm范围内的连续可变，由长焦750mm变焦到短焦25mm时，变焦Ⅰ透镜组、补偿透镜组和变焦Ⅱ透镜组的移动行程分别为70.85mm、33.38mm和16.29mm，并实现100％的冷光阑效率。