[发明专利]一种长波长线列扫描三视场红外光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种长波长线列扫描三视场红外光学系统。

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、不受电子干扰、隐蔽性好、图像直观、精度高、探测性能好等，在机载光电雷达、侦察/瞄准吊舱、分布式红外系统广泛应用。在其它军用领域，比如在战车、舰船、单兵等上均装配有新型的红外技术装备；产品包括民机红外视景增强系统、客机反恐怖袭击红外威胁告警系统、森林防火红外探测系统等，在民用航空方面均具有广泛的应用市场。随着红外光学技术的长足发展及其应用范围的不断扩展，对红外光学系统多视场、宽视场成像需求日益增强，研究如何使红外光学系统高分辨率多视场远距离成像及周视成像，对军用红外光学仪器的研究具有十分重要的意义。但是现有技术中关于高分辨率多视场远距离成像的光学系统很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种长波长线列扫描三视场红外光学系统。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种长波长线列扫描三视场红外光学系统，包括从物方到像方同光轴依次设置的望远物镜组、会聚成像组和探测器，望远物镜组包括前固定透镜、变倍组和后固定镜组，其中，变倍组由大视场变倍组和中视场变倍组变倍组构成，所述大视场变倍组由第二透镜和第五透镜构成，所述中视场变倍组由第三透镜和第四透镜构成，从物方到像方依次设置所述第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；当大视场变倍组投入到所述光学系统、且中视场变倍组从所述光学系统中切出，该光学系统为大视场光学系统；当中视场变倍组投入到所述光学系统、且大视场变倍组从所述光学系统中切出，该光学系统为中视场光学系统；当大视场变倍组和中视场变倍组均从所述光学系统中切出，该光学系统为小视场光学系统；

该光学系统的设计指标为：波长为7.7μm～10.3μm；像元尺寸为：20μm×24μm；F#为2；焦距＝500mm时，视场角为2.82°×2.11°；焦距＝300mm时，视场角为4.69°×3.52°；焦距＝100mm时，视场角为14.04°×10.53°。

所述光学系统的总光焦度满足以下公式：

其中，为第i个透镜的光焦度，h_i为近轴光线在第i个透镜上的入射高度，为系统的总光焦度；

所述光学系统的总色差系数满足以下公式：

其中：C_i为第i个透镜的色差系数，C_total为该光学系统的总色差系数。

所述前固定透镜为第一透镜，所述后固定镜组包括同光轴依次设置的第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜，所述会聚成像组包括同光轴依次设置的第十透镜、第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜，所述第一透镜为正光焦度透镜，第二透镜为负光焦度透镜，第三透镜为负光焦度透镜，第四透镜为正光焦度透镜，第五透镜为正光焦度透镜，第六透镜为负光焦度透镜，第七透镜为负光焦度透镜，第八透镜为负光焦度透镜，第九透镜为正光焦度透镜，第十透镜为正光焦度透镜，第十一透镜为负光焦度透镜，第十二透镜为正光焦度透镜，第十三透镜为正光焦度透镜。

所述第六透镜和第七透镜之间设置有第一反射镜，所述第六透镜射出的光线经第一反射镜反射后射入到所述第七透镜中；所述后固定镜组和会聚成像组之间设置有第二反射镜，所述后固定镜组射出的光线经第二反射镜反射后射入到所述会聚成像组中。

所述第二透镜中的靠近像方的表面为非球面，第五透镜中的靠近像方的表面为非球面，第七透镜中的两个表面均为非球面，第九透镜的两个表面均为非球面，第十透镜中的靠近物方的表面为非球面，第十一透镜中的靠近像方的表面为非球面，第十三透镜中的靠近物方的表面为非球面。

所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第七透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜的材料为锗，第六透镜和第八透镜的材料为硒化锌。

所述光学系统设置在一个镜筒内，该镜筒的材料为铝合金。

该光学系统以探测器的冷光光阑为该光学系统的孔径光阑。

本发明提供的光学系统通过投入和切出对应的变倍镜能够实现大视场、中视场和小视场之间的切换扫描成像，能够实现三视场的随意切换，而且还可应用于周视成像。整个光学系统在超宽温度范围-40℃～+60℃，传递函数保持大于0.4。该光学系统具有较高的分辨率，能够实现远距离成像，对军用红外光学仪器的研究具有十分重要的意义。

附图说明