[发明专利]具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统，广泛用于制冷式中波红外焦平面探测器。

背景技术

红外成像系统以其自身的优良特点，如被动工作方式，不会被敌方电子干扰、隐蔽性好；图像直观，易于观察；精度高；低空探测性能好等，在警戒、侦察、地面防空和制导等军事领域中得到了广泛应用。近年来，随着红外光学技术的长足发展及其应用范围的不断扩展，对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。这是由于红外连续变焦光学系统能实现焦距在一定范围内连续改变，而在变焦过程中像面稳定并且保持良好的像质，从而实现像面景物的大小连续可变，产生定焦镜头和多档变焦镜头无法达到的视觉效果，可以达到大视场搜索目标、小视场仔细观察目标的目的，且在视场切换过程中不会丢失目标。为了提高红外设备发现和识别目标的能力，往往还希望光学系统能够有较长的焦距。然而由于长焦距连续变焦红外光学系统焦距长、口径大，像差不易校正，大焦距范围内的连续变焦实现困难，还要满足中波制冷探测器100% 冷光阑设计要求，并且要消除冷反射等杂散光，其实现非常困难。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的缺点，提出一个具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统。该系统连续变焦，像面景物的大小连续可变，短焦距用于搜索发现目标，长焦距用于目标识别辨识，在最短焦到最长焦的任意焦距位置成像，焦距变化过程中不会丢失目标；最长焦距达1100mm，作用距离远，目标细节观察能力强；成像质量好，像差校正良好，变焦全程成像清晰锐利；补偿镜兼具调焦功能，减少了运动单元，简化了系统结构，提高了设备可靠性。

本发明的技术方案是：

一种具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统，从物方到像方顺序包括：变焦物镜组、反射镜组和二次成像后组；所述变焦物镜组包括主物镜、变倍镜、补偿镜、第一固定透镜和第二固定透镜；反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜；二次成像后组包括第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜；所述变倍镜和补偿镜在同一光轴上移动，用于连续变焦；变焦物镜组将来自物方的光线汇聚成像，成像面在第一反射镜和第二反射镜之间；第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜将变焦物镜组所成的像再次成像到最终像面。

     进一步的技术方案是：

所述的具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统，其光圈F为4.0，波段为3～5μm，焦距范围为88～1100mm。

所述的具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统，主物镜、变倍镜、补偿镜、第一固定透镜、第二固定透镜、第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜各为1片，共有8片透镜；第一反射镜和第二反射镜各为1片，共2片反射镜。

所述的具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统，其主物镜、变倍镜、补偿镜、第一固定透镜、第二固定透镜的光焦度分配为正－负－正－负－正结构。

所述的具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统，其主物镜、变倍镜、补偿镜、第一固定透镜和第二固定透镜的透镜材料分别为硅、锗、硅、硒化锌、硅。

所述的具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统，其主物镜、补偿镜、第一固定透镜和第二固定透镜该四个透镜为球面透镜；变倍镜为非球面基底的衍射面透境，用于校正色差。

所述的具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统，其第一反射镜在光路中与光轴成45°角安装，用于将光路折转90°； 第二反射镜在光路中相对于第一反射镜成90°角安装，用于再次将光路折转90°，最终将光路折转180°。

所述的具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统，其第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜的光焦度为正-负-正结构。 

所述的具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统，其第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜材料分别为硅、锗、硅。

所述的具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统，其第一后组透镜、第三后组透镜该两个透镜为球面透镜；第二后组透镜为非球面透镜，用于提高成像质量。

本发明具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统的孔径光阑设置在探测器的冷光阑位置处，以满足100% 冷光阑效率要求，避免镜筒等热背景产生的杂散光进入探测器，提高输出图像的信噪比，并在本发明的光学系统的像面处设置有探测器焦平面。

本发明具有以下优点 ：

1、实现了连续变焦，像面景物的大小连续可变，短焦距用于搜索发现目标，长焦距用于目标识别辨识，可在最短焦到最长焦的任意焦距位置成像，焦距变化过程中不会丢失目标；

2、最长焦距达1100mm，作用距离远，目标细节观察能力强；