CN104360483B - 一种三视场轴向变倍红外光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三视场轴向变倍红外光学系统，包括依次设置的前镜组、反射镜组和后镜组；前镜组包括依次同轴设置的物镜、变倍镜、补偿镜、4个固定镜，反射镜组包括依次设置的3个发射镜，后镜组包括依次同轴设置的2个会聚镜；后镜组在第三反射镜的反射光路上。本发明只需通过变倍镜和补偿镜的轴向移动就可以实现三个视场的变换，三个视场状态下补偿镜仅有两个位置，且补偿镜兼作调焦镜补偿温度引起的离焦，控制难度大大降低。采用三个固定反射镜，可以通过空间折转将物体成像进行旋转，解决了配用探测器制冷机方向与长边方向相同的问题，避免探测器制冷机弯管的风险，并且使光学系统构型紧凑，运动机构简单，实现了小型化、轻量化。

Description

一种三视场轴向变倍红外光学系统
技术领域
本发明涉及一种三视场轴向变倍红外光学系统，属于应用光学技术领域。
背景技术
目前，红外变倍光学系统的变倍方式有三种：径向切入、旋转变倍和轴向变倍。径向切入方式采用不同变倍镜组径向切换实现多视场的转换。旋转变倍方式采用不同变倍镜组同轴旋转切换方式实现多视场的转换。以上两种方式的优点是窄视场具有最高的光轴精度和最高的光学透过率，缺点是系统径向尺寸过大、运动机构复杂。轴向变倍方式采用变倍镜和补偿镜的相对位置移动实现多视场的转化，优点是径向尺寸小，运动机构简单，保证多视场同时具有高光轴精度，缺点是小视场透过率比前两种方式稍有减少。
目前，在温度变化下，轴向变倍多视场红外光学系统采用电机驱动调焦镜沿光轴前后移动的方式，实现像面位置不变，保证光学系统在-40℃～60℃的温度范围高质量成像。整个系统中采用三个电机，分别驱动变倍镜、补偿镜和调焦镜。
发明内容
本发明的目的是提供一种三视场轴向变倍红外光学系统，用以解决现有红外变倍光学系统径向尺寸过大且运动机构复杂的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种三视场轴向变倍红外光学系统，包括依次设置的前镜组、后镜组和用于将该光学系统进行空间折转的反射镜组；前镜组包括依次同光轴设置的物镜1、变倍镜2、补偿镜3、第一固定镜4、第二固定镜5、第三固定镜6和第四固定镜7，反射镜组包括依次设置的第一反射镜8、第二反射镜10和第三反射镜11，后镜组包括依次同光轴设置的第一会聚镜12和第二会聚镜13；后镜组在第三反射镜11的反射光路上。
光学系统还包括一个用于接收第二会聚镜13透射出的光信号的探测器14。
光学系统还包括一个设置在第一反射镜8和第二反射镜10之间、用于通过光信号的视场光阑9。
变倍镜2和补偿镜3均由一个电机驱动。
本发明只需通过变倍镜和补偿镜两个透镜的的轴向移动就可以实现三个视场的变换，控制难度大大降低。
采用三个固定反射镜，可以通过空间折转将物体成像进行旋转，解决了配用探测器制冷机方向与长边方向相同的问题，避免探测器制冷机弯管的风险。
该系统中只有变倍镜、补偿镜两个运动单元，并采用折转反射镜组折叠光路，使光学系统构型紧凑，运动机构简单，实现了小型化、轻量化。
附图说明
图1是窄视场红外光学系统在X-Z平面的结构示意图；
图2是窄视场红外光学系统在Z-Y平面的结构示意图；
图3是中视场红外光学系统在X-Z平面的结构示意图；
图4是中视场红外光学系统在Z-Y平面的结构示意图；
图5是宽视场红外光学系统在X-Z平面的结构示意图；
图6是宽视场红外光学系统在Z-Y平面的结构示意图。
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。
一种三视场轴向变倍红外光学系统，该光学系统包括依次设置的前镜组、后镜组和用于将该光学系统进行空间折转的反射镜组；前镜组包括依次同光轴设置的物镜1、变倍镜2、补偿镜3、第一固定镜4、第二固定镜5、第三固定镜6和第四固定镜7，反射镜组包括依次设置的第一反射镜8、第二反射镜10和第三反射镜11，后镜组包括依次同光轴设置的第一会聚镜12和第二会聚镜13；后镜组在第三反射镜11的反射光路上。
基于以上技术方案，结合附图，给出以下一个具体实施方式。
一种三视场轴向变倍红外光学系统，包括依次设置的前镜组、反射镜组和后镜组。前镜组包括依次同光轴设置的物镜1、变倍镜2、补偿镜3、固定镜4、固定镜5、固定镜6和固定镜7。反射镜组包括依次设置的反射镜8、反射镜10和反射镜11。后镜组包括依次同光轴设置的会聚镜12和会聚镜13。后镜组在反射镜11的反射光路上。反射镜组用于将该光学系统进行空间折转。
该光学系统还包括一个用于接收会聚镜13透射出的光信号的探测器14。
在8反射镜和反射镜10之间设置一个用于通过光信号的视场光阑9。
如图1和图2所示，当变倍镜2、补偿镜3分别位于A1、B1位置时，该光学系统构成窄视场光路。如图3和图4所示，当电机分别驱动变倍镜2、补偿镜3移动到A2、B2位置时，该光学系统构成中视场光路。如图5和图6所示，当电机分别驱动变倍镜2、补偿镜3移动到A3、B1位置时，该光学系统构成宽视场光路。当电机分别驱动变倍镜2、补偿镜3回到A1、B1位置时，恢复为窄视场光路。
通过电机驱动变倍镜2、补偿镜3的位置变化能够实现窄、中、宽三视场的轴向变换。
该系统的补偿镜3兼作调焦镜，整个光学系统采用两个电机分别驱动变倍镜和补偿镜，无需第三个调焦电机即能满足该光学系统成像质量，该方式显著地减轻系统的空间尺寸和整机重量。在温度变化下，电机驱动补偿镜3沿光轴前后移动，保证光学系统在-40℃～60℃的温度范围三个视场高质量成像。
如图1-6所示，本系统采用三个反射镜：反射镜8、10、11，可以通过空间折转将物体成像进行旋转，例如可以旋转90°，解决了配用探测器制冷机方向与该光学系统长边方向相同的问题，避免探测器制冷机弯管的风险。
该光学系统：窄视场焦距为137mm、中视场焦距为55mm、宽视场焦距为23mm；系统采用二次成像的方式；光学系统F数为f/4；采用反射镜组折叠光路；该系统的体积为162mm(长)×64mm(宽)×37mm(高)；其适用的探测器可为320×256、384×288、640×512的制冷型红外焦平面探测器，波长为中波3μm～5μm。
该光学系统的一组光学参数如表1所示。
表1
该系统在窄视场时物镜1、变倍镜2、补偿镜3、固定镜4透镜间隔数据为：物镜1和变倍镜2间隔为40.6mm、变倍镜2和补偿镜3间隔为8mm、补偿镜3和固定镜4间隔为8mm。
中视场时物镜1、变倍镜2、补偿镜3、固定镜4透镜间隔数据为：物镜1和变倍镜2间隔为21.6mm、变倍镜2和补偿镜3间隔为20.5mm、补偿镜3和固定镜4间隔为14.5mm。
宽视场时物镜1、变倍镜2、补偿镜3、固定镜4透镜间隔数据为：物镜1和变倍镜2间隔为9.2mm、变倍镜2和补偿镜3间隔为39.4mm、补偿镜3和固定镜4间隔为8mm。
三个视场中：固定镜4、固定镜5、固定镜6、固定镜7、反射镜8、视场光阑9、反射镜10、反射镜11、会聚镜12、会聚镜13的数据：固定镜4和固定镜5间隔为1mm、固定镜5和固定镜6间隔为40.5mm、固定镜6和固定镜7间隔为2mm、固定镜7和反射镜8间隔为23mm、反射镜8和视场光阑9间隔为39.37mm、视场光阑9和反射镜10间隔为12.63mm、反射镜10和反射镜11间隔为19mm、反射镜11和会聚镜12间隔为8.5mm、会聚镜12和会聚镜13间隔为1mm。
该系统中只有变倍镜、补偿镜两个运动单元，并采用折转反射镜组折叠光路，使光学系统构型紧凑，运动机构简单，实现了小型化、轻量化。
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 (3)

1.一种三视场轴向变倍红外光学系统，其特征在于，所述光学系统包括依次设置的前镜组、后镜组和用于将该光学系统进行空间折转的反射镜组；所述前镜组由依次同光轴设置的物镜(1)、变倍镜(2)、补偿镜(3)、第一固定镜(4)、第二固定镜(5)、第三固定镜(6)和第四固定镜(7)组成，所述反射镜组包括依次设置的第一反射镜(8)、第二反射镜(10)和第三反射镜(11)，所述后镜组包括依次同光轴设置的第一会聚镜(12)和第二会聚镜(13)；所述后镜组在第三反射镜(11)的反射光路上；所述变倍镜(2)和补偿镜(3)均由一个电机驱动。
2.根据权利要求1所述的三视场轴向变倍红外光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括一个用于接收第二会聚镜(13)透射出的光信号的探测器(14)。
3.根据权利要求1或2所述的三视场轴向变倍红外光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括一个设置在第一反射镜(8)和第二反射镜(10)之间、用于通过光信号的视场光阑(9)。
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