CN104914557B - 非制冷切换式双视场红外光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非制冷切换式双视场红外光学系统，从物方到像方依次包括前固定组、切换变倍组、后固定组以及调焦组；所述前固定组，具有正屈光度，用于对光进行汇聚；所述切换变倍组，具有正屈光度，用于切换长焦和短焦；光学系统处于短焦时，外界辐射通过前固定组、后固定组和调焦组汇聚到探测器焦平面上；光学系统处于长焦时，外界辐射通过前固定组、切换变倍组、后固定组和调焦组汇聚到探测器焦平面上；所述后固定组，具有负屈光度；所述调焦组，具有正屈光度的用于补偿不同物距、不同温度下像面的漂移。本发明的光学系统结构紧凑、双视场的成像质量良好、系统变倍切换时间短、振动试验后，能保证高精度光轴稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种非制冷切换式双视场红外光学系统。
背景技术
红外热像仪不受雾、雨、尘等不良气象条件的限制，探测距离大，可实现全天候观察。非制冷红外热像仪以其不需制冷、价格低廉等优势，目前在公路、电力等民用安防领域以及军事领域，都得到了广泛应用。红外光学系统作为红外热像仪的核心部件，可分为单视场、双视场、多视场以及连续变焦等形式。双视场红外光学系统可以实现宽视场和窄视场的切换，且结构简单，在军事领域有其不可替代的地位。
之前报道的非制冷双视场红外光学系统是通过轴向移动透镜来实现视场切换，如专利号为201010516394.8的非制冷双视场红外光学系统发明专利、专利号为201420073363.3的一种小尺寸非制冷双视场红外光学系统实用新型专利。轴向移动变倍双视场红外光学系统，变倍时间较长，无法实现视场快速切换，容易造成高速移动目标脱靶。在某些军事领域，对光轴稳定性有很高的要求，由于凸轮加工精度及结构件配合等问题，设备经过振动试验后，很难保证高精度的光轴稳定性。
发明内容
本发明的目的是，提供一种非制冷切换式双视场红外光学系统，以解决轴向移动双视场红外光学系统视场切换时间长、难实现高精度光轴稳定性的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供了一种非制冷切换式双视场红外光学系统，从物方到像方依次包括前固定组、切换变倍组、后固定组以及调焦组；
所述前固定组，具有正屈光度，用于对光进行汇聚；
所述切换变倍组，具有正屈光度，用于切换长焦和短焦；光学系统处于短焦时，外界辐射通过前固定组、后固定组和调焦组汇聚到探测器焦平面上；光学系统处于长焦时，外界辐射通过前固定组、切换变倍组、后固定组和调焦组汇聚到探测器焦平面上；
所述后固定组，具有负屈光度；
所述调焦组，具有正屈光度的用于补偿不同物距、不同温度下像面的漂移。
本发明所述的光学系统中，所述前固定组包括一片凸面朝向物侧的弯月形锗正透镜。
本发明所述的光学系统中，所述切换变倍组包括一片凹面朝向物侧的弯月形锗负透镜和一片凸面朝向物侧的弯月形锗正透镜。
本发明所述的光学系统中，所述后固定组包括一片凸面朝向物侧的弯月形锗负透镜和一片凹面朝向物侧的弯月形硒化锌负透镜。后固定组由两片弯月负透镜组成，该光学系统的孔径光阑设置在锗负透镜前表面。
本发明所述的光学系统中，所述调焦组包括一片双凸形锗正透镜。
本发明所述的光学系统中，所述切换变倍组第一片透镜第一面、后固定组第一片透镜第一面均采用高次非球面。
本发明所述的光学系统中，该光学系统的工作波段为8～12μm，F#为1.1。
本发明所述的光学系统中，所述切换变倍组旋转90°进行窄视场、宽视场变换，在窄视场时，所述切换变倍组不切入光路。
本发明产生的有益效果是：本发明的光学系统结构紧凑、双视场的成像质量良好、系统采用切换变倍进行双视场转换，双视场切换过程中没有间隙配合运动组件，避免了间隙配合误差对系统光轴的影响，在高强度的振动条件下能有效保证高精度光轴稳定性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1a为本发明实施例非制冷双视场红外光学系统在短焦位置时的结构示意图；
图1b为本发明实施例非制冷双视场红外光学系统在长焦位置时的结构示意图；
图2a为本发明实施例非制冷双视场红外光学系统在短焦位置时的光学系统传递函数图；
图2b为本发明实施例非制冷双视场红外光学系统在长焦位置时的光学系统传递函数图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的非制冷切换式双视场红外光学系统如图1a和图1b所示，从物方到像方依次为前固定组1、切换变倍组2、后固定组3和调焦组4。其中：
前固定组1为一片凸面朝向物方的弯月形锗正透镜；
切换变倍组2由一片凹面朝向物方的弯月锗负透镜21和一片凸面朝向物方的弯月锗正透镜22组成。光学系统通过将切换变倍组旋转90°来实现长焦和短焦的切换。
光学系统处于短焦时，外界辐射通过前固定组1、后固定组3和调焦组4汇聚到探测器焦平面上；光学系统处于长焦时，外界辐射通过前固定组1、切换变倍组2、后固定组3和调焦组4汇聚到探测器焦平面上。该光学系统具体设计参数如表1。
表1 具体实施例的光学系统设计参数表
表2 具体实施实例传递函数值
表1中，曲率半径是指每个镜片表面的曲率半径，厚度或间隔是指镜片厚度或相邻镜片表面距离，材料是镜片所用材料，空气是指两个透镜之间介质为空气。
为使光学系统获得比较好的像质，光学系统中使用两片非球面，且避免在口径较大的前固定组设置非球面，分别位于切换变倍组第一片透镜21的第一面和后固定组第一片透镜31的第一面。表3是其非球面系数。
表3 具体实施例中使用非球面系数
非球面方程定义如下：
本发明通过实际使用证明：该光学系统结构紧凑、双视场的成像质量良好、系统变倍切换时间短、振动试验后，能保证高精度光轴稳定性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种非制冷切换式双视场红外光学系统，其特征在于，从物方到像方依次包括前固定组、切换变倍组、后固定组以及调焦组；
所述前固定组，具有正屈光度，用于对光进行汇聚；
所述切换变倍组，具有正屈光度，用于切换长焦和短焦；光学系统处于长焦时，外界辐射通过前固定组、后固定组和调焦组汇聚到探测器焦平面上；光学系统处于短焦时，外界辐射通过前固定组、切换变倍组、后固定组和调焦组汇聚到探测器焦平面上；
所述后固定组，具有负屈光度；所述后固定组包括一片凸面朝向物侧的弯月形锗负透镜和一片凹面朝向物侧的弯月形硒化锌负透镜；后固定组由两片弯月负透镜组成，该光学系统的孔径光阑设置在锗负透镜前表面；
所述调焦组，具有正屈光度的用于补偿不同物距、不同温度下像面的漂移。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述前固定组包括一片凸面朝向物侧的弯月形锗正透镜。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述切换变倍组包括一片凹面朝向物侧的弯月形锗负透镜和一片凸面朝向物侧的弯月形锗正透镜。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述调焦组包括一片双凸形锗正透镜。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述切换变倍组第一片透镜第一面、后固定组第一片透镜第一面均采用高次非球面。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，该光学系统的工作波段为8～12μm，F#为1.1。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述切换变倍组旋转90°进行窄视场、宽视场变换，在窄视场时，所述切换变倍组不切入光路。
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