[实用新型]远程红外双视场变焦光学系统

说明书

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种远程红外双视场变焦光学系统。 

背景技术

双视场红外系统因可满足多个模式的工作需要，相对于无法满足多个模式要求的单视场红外系统和结构复杂，装调难度大，变焦过程中焦距精度及光轴一致性难以保证的连续变焦红外系统而言，双视场红外系统更具实用价值。双视场红外光学系统一般有两种变倍方式：一种是切入式变倍方式，该方式通过切入、切出变倍组来变换视场。切入式的特点是移动元件多，变倍组的切入需要较大的空间，因而光学系统的横向尺寸较大，多次的变倍组切入还易造成两个的视场光轴一致性变差；一种是轴向移动式，该方式是通过沿光轴平行移动变倍组变换视场，通过透镜组轴向间隔的变化改变系统的焦距。其特点是移动元件少，质量轻，不占用横向的尺寸空间，反复的视场切换不易导致光轴一致性的偏移，使用中具有更好的优势。 

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是提供一种焦距为50毫米～150毫米，光圈数为1.0的远程红外双视场变焦光学系统。该光学系统内部不使用衍射元件，结构简单、紧凑，可同时实现双视场红外光学系统的变倍、调焦和温度补偿三种功能，保证双视场红外光学系统在不同的环境温度和大小视场切换条件下，仍可满足与25μm 红外焦平面探测器匹配的高像质要求，对远、近目标都具有良好的成像质量。 

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案：该远程红外双视场变焦光学系统，由前固定组、变倍组和后固定组组成，其特征在于：所述前固定组为一个第一正弯月透镜，所述变倍组由双凹型负透镜和负弯月透镜组合构成，所述后固定组由第二正弯月透镜和第三正弯月透镜组合构成；所述第一正弯月透镜、双凹型负透镜、第二正弯月透镜和第三正弯月透镜采用锗红外材料制成的透镜，所述负弯月透镜采用硫化硒材料制成的透镜；所述双凹型负透镜前表面和第二正弯月透镜后表面均采用非球面结构。 

所述双凹型负透镜前表面的高次非球面方程为： 

 所述第二正弯月透镜后表面的二次非球面方程为：

 其中：Z为非球面轴相应的垂直距离，C为顶点曲率，r为离非球面轴的径向距离。

采用上述技术方案的有益效果：该远程红外双视场变焦光学系统采用采用五片式结构形式，不使用衍射元件，通过移动两片变倍组（双凹型负透镜和负弯月透镜）的轴向位置改变整个系统的焦距，保证变倍、调焦和温度补偿过程中像面位置均不发生改变，最后成像在红外焦平面探测器上。光学系统第一正弯月透镜、双凹型负透镜、第二正弯月透镜和第三正弯月透镜均采用锗红外材料，所述负弯月透镜采用硫化硒材料，用于补偿色差。所述双凹型负透镜前表面和第二正弯月透镜后表面均采用非球面结构，可进一步提高热特性和色散特性。与现有技术相比，其结构简单、紧凑，光轴稳定，可靠性高，同时实现红外双视场变焦光学系统的变倍、调焦和温度补偿三种功能，可满足-40℃～+50℃环境条件下10m～∞范围内大小视场的高清晰像质要求。 

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。 

图1为本实用新型的结构示意图。 

图2为长焦小视场状态的结构示意图。 

图3为短焦状态MTF图。 

图4为短焦状态点列图。 

图5为长焦状态MTF图。 

图6为长焦状态点列图。 

图7为10m有限距离短焦状态MTF图。 

图8为10m有限距离短焦状态点列图。 

图9为10m有限距离长焦状态MTF图。 

图10为10m有限距离长焦状态点列图。 

图11为50℃无穷远距离短焦状态MTF图。 

图12为50℃无穷远距离短焦状态点列图。 

图13为50℃无穷远距离长焦状态MTF图。 

图14为50℃无穷远距离长焦状态点列图。 

图15为-40℃无穷远距离短焦状态MTF图。 

图16为-40℃无穷远距离短焦状态点列图。 

图17为-40℃无穷远距离长焦状态MTF图。 

图18为-40℃无穷远距离长焦状态点列图。 

具体实施方式