CN104360464A - 一种连续变焦光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续变焦光学系统，包括前置连续变焦透镜组和会聚透镜组；前置连续变焦透镜组包括同光轴依次设置的第一物镜、变倍透镜、补偿透镜、第二物镜、第一目镜、第二目镜，会聚透镜组包括同光轴依次设置的第一会聚透镜、第二会聚透镜、第三会聚透镜；前置连续变焦透镜组和会聚透镜组之间设置有一个反射镜，会聚透镜组设置在前置连续变焦透镜组的反射光路上；光学系统还包括一个用于接收第三会聚透镜透射出的光信号的探测器；变倍透镜和补偿透镜用于产生变化的视场光路。该光学系统具有连续变焦、高变倍比、成像质量优、高分辨率的优点。

Description

一种连续变焦光学系统

技术领域

本发明涉及一种连续变焦光学系统，属于应用光学领域。

背景技术

红外搜索监控系统是一种通过光学系统将接收到的目标和背景的红外辐射成像到探测器焦平面上，经信息处理系统实现对目标的检测和跟踪。与传统雷达相比，具有被动探测、定向精度高、昼夜工作、灵敏度高等优点，在现代港口、桥梁、机场防护中的地位日渐突出。

红外搜索监控系统要求具有宽的视场覆盖范围、高分辨率、快的扫描速度、多个光学视场，一般是采用4N或6N红外扫描型阵列探测器，通过一维扫描方式实现对目标场景的二维成像。当前基于二代焦平面探测器的高性能红外搜索系统成为技术发展的重点，其中288×4、480×6、576×6、1024×6扫描型焦平面探测器技术发展和器件的产品化引人注目，已成为国际普遍使用的扫描型焦平面探测器。与面阵焦平面探测器相比，扫描型焦平面探测器更适用于对空大范围快速扫描成像，与光电转台配合使用可以实现水平360°周扫成像，同时利用扫描摆镜可以实现小范围摆扫成像；面阵焦平面探测器由于积分时间长(几百微妙～几毫秒)，不适用于对空大范围快速扫描成像，更适用于对地凝视成像。

现有的红外搜索监控系统通常只具备两个光学视场，大视场用于目标的搜索，小视场用于目标的捕获、跟踪。然而，对于成像系统，采用连续变焦光学系统是解决大视场搜索观察、小视场分辨的最佳途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续变焦光学系统，用以解决现有的红外搜索监控系统通常只具备两个光学视场，不能进行连续变焦的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种连续变焦光学系统，包括前置连续变焦透镜组和会聚透镜组；前置连续变焦透镜组包括同光轴依次设置的第一物镜、变倍透镜、补偿透镜、第二物镜、第一目镜、第二目镜，会聚透镜组包括同光轴依次设置的第一会聚透镜、第二会聚透镜、第三会聚透镜；前置连续变焦透镜组和会聚透镜组之间设置有一个反射镜，会聚透镜组设置在前置连续变焦透镜组的反射光路上；光学系统还包括一个用于接收第三会聚透镜透射出的光信号的探测器；变倍透镜和补偿透镜用于产生变化的视场光路。

第一物镜为弯月正透镜，材料为单晶锗；变倍透镜为双凹负透镜，材料为单晶锗；补偿透镜为双凸正透镜，材料为单晶锗；第二物镜为弯月正透镜，材料为单晶锗；第一目镜为弯月正透镜，材料为单晶锗；第二目镜为弯月正透镜，材料为硒化锌；第一会聚透镜为弯月正透镜，材料为单晶锗；第二会聚透镜为弯月负透镜，材料为单晶锗；第三会聚透镜为弯月正透镜，材料为单晶锗。

探测器为6N型阵列探测器。

反射镜的材料为铝合金。

本发明的有益效果是：

(1)连续变焦：通过变倍透镜和补偿透镜沿轴向的连续移动，能够使该光学系统在宽、窄视场光路之间进行连续可调地变换，另外焦距可连续变化、并且像面位置保持稳定，在变焦过程中像质保持良好。

(2)高变倍比：实现了15倍光学连续变焦，图像可连续变大、缩小。

(3)成像质量优：连续变焦光学系统设计的自由度大，光学系统优化设计可选择的变量多，使光学系统像差设计易于达到优良结果，获得优良像质。

(4)高分辨率：由于采用6N型阵列探测器，使得该光学系统的分辨率比采用4N型阵列探测器的光学系统分辨率要高。

附图说明

图1是连续变焦光学系统在窄视场光路时的结构图；

图2是连续变焦光学系统在中间视场光路时的结构图一；

图3是连续变焦光学系统在中间视场光路时的结构图二；

图4是连续变焦光学系统在宽视场光路时的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

一种连续变焦光学系统，包括前置连续变焦透镜组和会聚透镜组；前置连续变焦透镜组包括同光轴依次设置的第一物镜、变倍透镜、补偿透镜、第二物镜、第一目镜、第二目镜，会聚透镜组包括同光轴依次设置的第一会聚透镜、第二会聚透镜、第三会聚透镜；前置连续变焦透镜组和会聚透镜组之间设置有一个反射镜，会聚透镜组设置在前置连续变焦透镜组的反射光路上；光学系统还包括一个用于接收第三会聚透镜透射出的光信号的探测器；变倍透镜和补偿透镜用于产生变化的视场光路。

基于以上技术方案，结合附图，给出以下一个具体实施方式。

该连续变焦光学系统包括前置连续变焦透镜组和会聚透镜组。

如图1所示，前置连续变焦透镜组包括依次设置的物镜1、变倍透镜2、补偿透镜3、物镜4、目镜5、目镜6。会聚透镜组包括依次设置的会聚透镜8、会聚透镜9、会聚透镜10。目镜6与会聚透镜8之间设置有一个材料为铝合金的扫描反射镜7，会聚透镜组设置在前置连续变焦透镜组的反射光路上。会聚透镜10透射出的光信号聚焦到6N型阵列探测器11的焦平面上。

物镜1为弯月正透镜，材料为单晶锗；变倍透镜2为双凹负透镜，材料为单晶锗；补偿透镜3为双凸正透镜，材料为单晶锗；物镜4为弯月正透镜，材料为单晶锗；目镜5为弯月正透镜，材料为单晶锗；目镜6为弯月正透镜，材料为硒化锌；会聚透镜8为弯月正透镜，材料为单晶锗；会聚透镜9为弯月负透镜，材料为单晶锗；会聚透镜10为弯月正透镜，材料为单晶锗。

如图1所示，当变倍透镜2、补偿透镜3处于图示AA’位置时，构成光学系统窄视场光路。如图2、3所示，当变倍透镜2、补偿透镜3沿轴向向相反的方向移动时，构成光学系统中间视场光路。如图4所示，当变倍透镜2、补偿透镜3沿轴向移动到图示BB’位置时，构成光学系统宽视场光路。当由宽视场光路逐渐变换到窄视场光路的过程与上述由窄视场变为宽视场的过程的原理一样。在来回的变焦过程中图像始终保持清晰。

具体光学参数见表1(单位：mm)所示。

表1

本发明提供的连续变焦光学系统具有以下优点：

(1)连续变焦：通过变倍透镜和补偿透镜沿轴向的连续移动，能够使该光学系统在宽、窄视场光路之间进行连续可调地变换，另外焦距可连续变化、并且像面位置保持稳定，在变焦过程中像质保持良好。

(2)高变倍比：实现了15倍光学连续变焦，图像可连续变大、缩小。

(3)成像质量优：连续变焦光学系统设计的自由度大，光学系统优化设计可选择的变量多，使光学系统像差设计易于达到优良结果，获得优良像质。

(4)高分辨率：由于采用6N型阵列探测器，使得该光学系统的分辨率比采用4N型阵列探测器的光学系统分辨率要高。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种连续变焦光学系统，其特征在于，所述光学系统包括前置连续变焦透镜组和会聚透镜组；所述前置连续变焦透镜组包括同光轴依次设置的第一物镜、变倍透镜、补偿透镜、第二物镜、第一目镜、第二目镜，所述会聚透镜组包括同光轴依次设置的第一会聚透镜、第二会聚透镜、第三会聚透镜；所述前置连续变焦透镜组和会聚透镜组之间设置有一个反射镜，会聚透镜组设置在前置连续变焦透镜组的反射光路上；所述光学系统还包括一个用于接收第三会聚透镜透射出的光信号的探测器；所述变倍透镜和补偿透镜用于产生变化的视场光路。

2.根据权利要求1所述的连续变焦光学系统，其特征在于，所述第一物镜为弯月正透镜，材料为单晶锗；所述变倍透镜为双凹负透镜，材料为单晶锗；所述补偿透镜为双凸正透镜，材料为单晶锗；所述第二物镜为弯月正透镜，材料为单晶锗；所述第一目镜为弯月正透镜，材料为单晶锗；所述第二目镜为弯月正透镜，材料为硒化锌；所述第一会聚透镜为弯月正透镜，材料为单晶锗；所述第二会聚透镜为弯月负透镜，材料为单晶锗；所述第三会聚透镜为弯月正透镜，材料为单晶锗。

3.根据权利要求1或2所述的连续变焦光学系统，其特征在于，所述探测器为6N型阵列探测器。

4.根据权利要求1或2所述的连续变焦光学系统，其特征在于，所述反射镜的材料为铝合金。