[发明专利]次镜切换和热光阑变F数的大变倍比中波红外光学系统

说明书

本发明公开了一种基于次镜切换和热光阑变F数的大变倍比中波红外光学系统，通过次镜的切入切出实现短中焦和长焦通道的切换，光学系统透射短、中焦距的大视场，反射长焦的小视场，共用后组光学系统和探测器组件，结构紧凑、体积小。同时单独设计带热光阑的后组，实现变F数设计，同卡赛格林反射式前组一起实现了超长焦结构，使中波红外具有超长焦/长焦/中焦/短焦四个焦段，从而实现大口径、小视场、长焦距紧凑设计与大视场、短焦距的集成，其中短、中、长焦的F数为4，超长焦的F数为7，本发明镜头适用于高分辨率640×512，15微米中波制冷型探测器，具有大口径、长焦距、大视场的特点，四个视场均具有良好的成像质量。

技术领域

本发明属于红外光学系统技术领域，更具体地，涉及一种基于次镜切换和热光阑变F数的大变倍比中波红外光学系统，尤其涉及适用于基于640×512中波制冷型15微米探测器的四档变焦光学系统。

背景技术

目前，随着红外热成像系统的不断发展，对红外光学系统也提出了更高的要求。为了满足红外探测器在军事方面的广泛应用，整机系统对高性能、大变倍比的红外变焦光学系统的需求日益增强，大视场能够对目标进行搜索，小视场能够对目标进行跟踪和瞄准，符合了当今飞速发展的红外热成像系统的发展需求。因此高性能、大变倍比的红外变焦光学系统是今后红外成像光学系统的重要发展方向之一。

现有的大变倍比红外光学系统，通常采取透射式“变倍组+补偿组”或切换变倍结构形式，难以满足机载吊舱对紧凑型光学系统的需求。采取反射结构形式长焦距光学系统，例如卡赛格林、离轴三反等光路能够大幅压缩体积，有利于实现长焦距、大口径和紧凑化设计，但对应的视场难以做大、相对孔径偏小，不能满足大变倍比系统的大视场要求，透射式光学系统有利于实现大视场、大相对孔径光学系统设计，如大变倍比连续变焦光学系统等，但受体积限制无法实现超长焦距设计。

随着近几年红外制冷探测器的发展，红外成像光学系统频繁的应用在导航、警戒、侦查等领域的光电设备中，因此，如何实现兼具焦距长、视场大、体积小、重量轻等的大变倍比红外光学系统是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于次镜切换和热光阑变F数的大变倍比中波红外光学系统，利用基于次镜切换的结构形式能够实现长焦距同时兼顾大视场的光学系统，基于热光阑的切入切出能够实现更长焦距的设计，具有焦距长、视场大、体积小、重量轻等特点，四档视场均具有良好的成像质量。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于次镜切换和热光阑变F数的大变倍比中波红外光学系统，包括：卡赛格林反射系统、共用调焦组、共用后组、短焦前组、中焦前组及热光阑后组，其中，所述卡赛格林反射系统包括主镜和次镜；所述共用调焦组包括第一调焦镜和第二调焦镜；所述共用后组包括第一后组透镜和第二后组透镜；所述短焦前组包括第一短焦前组透镜和第二短焦前组透镜；所述中焦前组包括第一中焦前组透镜和第二中焦前组透镜；所述热光阑后组包括第三后组透镜、第四后组透镜及热光阑；

物方成像光束依次经过所述第一短焦前组透镜、所述第二短焦前组透镜、所述第一调焦镜、所述第二调焦镜、所述第一后组透镜和所述第二后组透镜成像在探测器上，构成短焦光学系统；

所述短焦前组切出，所述中焦前组切入光路，构成中焦光学系统；

物方成像光束依次经过所述主镜反射、所述次镜反射后一次成像，再经过所述第一调焦镜、所述第二调焦镜、所述第一后组透镜和所述第二后组透镜成像在探测器上，构成长焦光学系统；

所述第一后组透镜和所述第二后组透镜切出，所述第三后组透镜、所述第四后组透镜和所述热光阑切入光路，构成超长焦光学系统。

接上述技术方案，所述卡赛格林反射系统的材料为微晶玻璃，其余透镜材料均取中波红外光学系统常用的材料硅和锗。