CN107121769B - 一种长波线列式扫描红外成像光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长波线列式扫描红外成像光学系统，包括望远系统组、扫描镜、后固定组和反射镜组；望远系统组由主物镜、变倍镜、物镜固定透镜、调焦镜、目镜透镜一和目镜透镜二组成，扫描镜通过转动实现水平方向的扫描成像；后固定组由后固定透镜一、后固定透镜二、后固定透镜三和后固定透镜四组成；反射镜组由空间放置的反射镜一和反射镜二组成，反射镜一、反射镜二和扫描镜中的任意两个都不在一个平面上。本发明采用三次折反和三次成像设计，通过轴向移动变倍镜实现了系统双视场切换，通过优化各表面的面型参数和适当的采用非球面和衍射面，实现了系统的高质量成像要求，大大减小了系统像差，可以配合288×4长波制冷红外探测器使用。

Description

一种长波线列式扫描红外成像光学系统
技术领域
本发明涉及一种适合用在长波红外全景成像中的光学系统，特别涉及一种长波线列式扫描双视场红外成像光学系统。
背景技术
红外热成像技术以其自身的绝对优势，如被动工作、不受电子干扰、隐蔽性好、探测性能高、探测距离远等，在机载光电系统、舰载光电雷达等领域广泛得到应用。
长波线列式扫描红外热成像技术，以其独特的优势，在全景成像领域有着广泛应用。
研究紧凑型、小型化、多视场线列式扫描红外光学系统对红外热像技术具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种长波线列式扫描双视场红外成像光学系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种长波线列式扫描红外成像光学系统，从物方到像方安装的部件包括望远系统组、扫描镜、后固定组和反射镜组；所述的望远系统组为无焦红外镜组，由主物镜、变倍镜、物镜固定透镜、调焦镜、目镜透镜一和目镜透镜二组成，通过轴向移动变倍镜实现系统的双视场切换，其中主物镜为凸面朝向物方的弯月形透镜，变倍镜为可轴向移动的双凹形透镜，物镜固定透镜为凸面朝向物方的平凸形透镜，调焦镜为凸面朝向物方的弯月形透镜，目镜透镜一为凸面朝向物方的弯月形透镜，目镜透镜二为凸面朝向扫描镜的弯月形透镜；所述的扫描镜通过转动实现水平方向的扫描成像；所述的后固定组为正焦距组元，由后固定透镜一、后固定透镜二、后固定透镜三和后固定透镜四组成；所述的反射镜组由空间放置的反射镜一和反射镜二组成，反射镜一、反射镜二和扫描镜中的任意两个都不在一个平面上，其中后固定透镜一和后固定透镜二为凸面朝向反射镜一的弯月形透镜，后固定透镜三为凸面朝向像面的弯月形透镜，后固定透镜四为凸面朝向反射镜二的弯月形透镜。
所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其特征在于，所述的扫描镜以垂直纸面向内的方向水平折转光路，通过水平转动±6.4°来实现水平方向扫描成像，所述的反射镜一向上折转光路，所述的反射镜二向后折转光路。
所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其主物镜、物镜固定透镜和目镜透镜二为正光焦度的单晶锗透镜。
所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其变倍镜为负光焦度的单晶锗透镜。
所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其调焦镜和目镜透镜一为负光焦度的硒化锌透镜。
所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其后固定透镜一和后固定透镜二为正光焦度的单晶锗透镜，所述的后固定透镜三和后固定透镜四为负光焦度的单晶锗透镜。
所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其变倍镜前表面为基于非球面基底的衍射面；物镜固定透镜的前表面为非球面；目镜透镜二的前表面为非球面；后固定透镜二的前表面为非球面。
本发明的有益效果是：采用三次折反式设计，且三个反射镜是空间放置，不在一个平面上，达到紧凑型与小型化设计要求；采用三次成像设计，减小了各组透镜口径；通过轴向移动变倍镜实现了系统双视场切换，可满足双视场观测需求；通过优化各表面的面型参数和适当的采用非球面和衍射面，实现了系统的高质量成像要求，大大减小了系统像差；各透镜组的光焦度分配合理，残余像差较小，成像质量好，系统畸变小，可以配合288×4长波制冷红外探测器使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为图1中A方向的示意图；
图3为图1中B方向的示意图；
图4为本发明系统拉直后短焦的光学示意图；
图5为本发明系统拉直后长焦的光学示意图；
图6为本发明在20 mm/lp时短焦的传递函数图；
图7为本发明在20 mm/lp时长焦的传递函数图。
各附图标记为：1—主物镜，2—变倍镜，3—物镜固定透镜，4—调焦镜，5—目镜透镜一，6—目镜透镜二，7—后固定透镜一，8—后固定透镜二，9—后固定透镜三，10—后固定透镜四，11—扫描镜，12—反射镜一，13—反射镜二。
具体实施方式
本实例提供了一种长波线列式扫描双视场红外成像光学系统，搭配288×4线列式长波探测器设计，像元尺寸为28um×25um；当系统焦距为204mm时，视场角为3°×2.25°；当系统焦距为68mm时，视场角为9°×6.75°；F数（系统焦距与通光孔径的比值）为2.67。
以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种长波线列式扫描红外成像光学系统，从左到右依次为主物镜1、变倍镜2、物镜固定透镜3、调焦镜4、目镜透镜一5、目镜透镜二6、扫描镜11、反射镜一12、后固定透镜一7、后固定透镜二8、反射镜二13、后固定透镜三9和后固定透镜四10。其中主物镜1、物镜固定透镜3、目镜透镜二6、后固定透镜一7、后固定透镜二8为正透镜；变倍镜2、调焦镜4、目镜透镜一5、后固定透镜三9、后固定透镜四10为负透镜。
即从物方到像方安装的部件包括望远系统组、扫描镜11、后固定组和反射镜组。
所述的望远系统组为无焦红外镜组，由主物镜1、变倍镜2、物镜固定透镜3、调焦镜4、目镜透镜一5和目镜透镜二6组成，通过轴向移动变倍镜2实现系统的双视场切换，当变倍镜2在靠近主物镜1一端时，系统为短焦，当变倍镜2在远离主物镜1一端时，系统为长焦，其中主物镜1为凸面朝向物方的弯月形透镜，变倍镜2为可轴向移动的双凹形透镜，物镜固定透镜3为凸面朝向物方的平凸形透镜，调焦镜4为凸面朝向物方的弯月形透镜，目镜透镜一5为凸面朝向物方的弯月形透镜，目镜透镜二6为凸面朝向扫描镜11的弯月形透镜；进一步，所述的主物镜1、物镜固定透镜3和目镜透镜二6为正光焦度的单晶锗透镜，所述的变倍镜2为负光焦度的单晶锗透镜，所述的调焦镜4和目镜透镜一5为负光焦度的硒化锌透镜。
所述的后固定组为正焦距组元，由后固定透镜一7、后固定透镜二8、后固定透镜三9和后固定透镜四10组成，其中后固定透镜一7和后固定透镜二8为凸面朝向反射镜一12的弯月形透镜，后固定透镜三9为凸面朝向像面的弯月形透镜，后固定透镜四10为凸面朝向反射镜二13的弯月形透镜；进一步，所述的后固定透镜一7和后固定透镜二8为正光焦度的单晶锗透镜，所述的后固定透镜三9和后固定透镜四10为负光焦度的单晶锗透镜。
所述的扫描镜11根据要求水平转动设定角度±6.4°，实现水平方向的扫描成像，同时起到折转光路的作用，扫描镜11以垂直纸面向内的方向水平折转光路，所述的反射镜一12向上折转光路，所述的反射镜二13向后折转光路；所述的反射镜组由空间放置的反射镜一12和反射镜二13组成，反射镜一12、反射镜二13和中扫描镜11中的任意两个都不在一个平面上，以达到紧凑型与小型化设计要求。
进一步，所述的变倍镜2前表面为基于非球面基底的衍射面；物镜固定透镜3的前表面为非球面；目镜透镜二6的前表面为非球面；后固定透镜二8的前表面为非球面。
本发明红外成像光学系统的工作波段为7.7～10.3um，F数为2.67；光学系统采用三次成像设计，其中一次成像面位于调焦镜4与目镜透镜一5之间，二次成像面位于后固定透镜二8和后固定透镜三9之间，三次成像面位于系统像面。
图6和图7为本发明光学系统在20lp/mm时的传递函数曲线图，且其横坐标为每毫米的线对数，纵坐标为归一化下光学传递函数值，从图中可以看出该光学系统的光学传递函数在标准范围内。由此可见，本发明的成像光学系统具有较好的成像质量。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其特征在于：从物方到像方安装的部件包括望远系统组、扫描镜（11）、后固定组和反射镜组；
所述的望远系统组为无焦红外镜组，由主物镜（1）、变倍镜（2）、物镜固定透镜（3）、调焦镜（4）、目镜透镜一（5）和目镜透镜二（6）组成，通过轴向移动变倍镜（2）实现系统的双视场切换，其中主物镜（1）为凸面朝向物方的弯月形透镜，变倍镜（2）为可轴向移动的双凹形透镜，物镜固定透镜（3）为凸面朝向物方的平凸形透镜，调焦镜（4）为凸面朝向物方的弯月形透镜，目镜透镜一（5）为凸面朝向物方的弯月形透镜，目镜透镜二（6）为凸面朝向扫描镜（11）的弯月形透镜；
所述的扫描镜（11）通过转动实现水平方向的扫描成像；
所述的后固定组为正焦距组元，由后固定透镜一（7）、后固定透镜二（8）、后固定透镜三（9）和后固定透镜四（10）组成；
所述的反射镜组由空间放置的反射镜一（12）和反射镜二（13）组成，反射镜一（12）、反射镜二（13）和中扫描镜（11）中的任意两个都不在一个平面上；
其中后固定透镜一（7）和后固定透镜二（8）为凸面朝向反射镜一（12）的弯月形透镜，后固定透镜三（9）为凸面朝向像面的弯月形透镜，后固定透镜四（10）为凸面朝向反射镜二（13）的弯月形透镜。
2.根据权利要求1所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其特征在于，所述的扫描镜（11）以垂直向内的方向水平折转光路，通过水平转动±6.4°来实现水平方向扫描成像，所述的反射镜一（12）向上折转光路，所述的反射镜二（13）向后折转光路。
3.根据权利要求1或2所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其特征在于，所述的主物镜（1）、物镜固定透镜（3）和目镜透镜二（6）为正光焦度的单晶锗透镜。
4.根据权利要求1或2所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其特征在于，所述的变倍镜（2）为负光焦度的单晶锗透镜。
5.根据权利要求1或2所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其特征在于，所述的调焦镜（4）和目镜透镜一（5）为负光焦度的硒化锌透镜。
6.根据权利要求1或2所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其特征在于，所述的后固定透镜一（7）和后固定透镜二（8）为正光焦度的单晶锗透镜，所述的后固定透镜三（9）和后固定透镜四（10）为负光焦度的单晶锗透镜。
7.根据权利要求1或2所述的一种长波线列式扫描红外成像光学系统，其特征在于，所述的变倍镜（2）前表面为基于非球面基底的衍射面；物镜固定透镜（3）的前表面为非球面；目镜透镜二（6）的前表面为非球面；后固定透镜二（8）的前表面为非球面。
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