CN107907977A - 一种应用于光电探测领域的双变焦段光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于光电探测领域的双变焦段光学系统，由物镜、运动透镜组、固定透镜、调整透镜组、探测器光窗和探测器焦平面组成，该光学系统的核心是通过改变固定透镜和调整透镜组的光学间隔以及调整透镜组与探测器光窗的光学间隔，从而改变固定透镜与调整透镜组的组合放大倍率，实现光学系统变焦范围的改变。设计中通过采用非球面、衍射面，降低高级像差、轴上点与轴外点像差、细光束与宽光束像差、各种色差，在不同变焦段全视场、全孔径、全变焦范围内获得满意的像质。

Description

一种应用于光电探测领域的双变焦段光学系统
技术领域
本发明属于双变焦段光学系统，具体涉及一种应用于光电探测领域的双变焦段光学系统。
背景技术
连续变焦热像仪是一种焦距可连续变化、而像面位置保持稳定并且在变焦过程中像质保持良好的成像系统。定焦红外热像仪在像面上欲得到不同大小的像，必须改变目标物体与镜头之间的距离或更换不同焦距的镜头。而连续变焦热像仪可以连续改变系统焦距，因此，可以在像面上得到连续改变大小的目标像，对于光电探测及侦察、跟踪等都非常有利。
通常的连续变焦镜头只有一个变焦段，实际使用中如果变焦段不满足使用需求，则需要更换不同变焦段的连续变焦镜头，这时需要重新对系统进行装调，给使用造成不便。为了解决之一难题，发明了一种双变焦段光学系统构型。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种应用于光电探测领域的双变焦段光学系统。
技术方案
一种应用于光电探测领域的双变焦段光学系统，其特征在于包括物镜1、运动透镜组2、固定透镜3、调整透镜组4、探测器光窗5、探测器焦平面6；所述运动透镜组2包括运动透镜2-1、运动透镜2-2、运动透镜2-3；所述调整透镜组4包括调整透镜4-1、调整透镜4-2、调整透镜4-3；按光路走向依次设置物镜1、运动透镜2-1、运动透镜2-2、运动透镜2-3、固定透镜3、调整透镜4-1、调整透镜4-2、调整透镜4-3、探测器光窗5和探测器焦平面6；当固定透镜3与调整透镜组4的光学间隔为3.5mm、调整透镜组4与探测器光窗5的光学间隔为1.6mm时，构成变焦段Ⅰ光学系统光路；当固定透镜3与调整透镜组4的光学间隔为3.3mm、调整透镜组4与探测器光窗5的光学间隔为6mm时，构成变焦段Ⅱ光学系统光路；所述变焦段Ⅰ的窄视场焦距为300㎜、宽视场焦距为30mm，变倍比10倍；所述变焦段Ⅱ窄视场焦距为400㎜、宽视场焦距为40mm，变倍比10倍。
所述物镜1、运动透镜2-2采用单晶硅。
所述运动透镜2-1、运动透镜2-3、固定透镜3、调整透镜4-2、调整透镜4-3和探测器光窗5采用单晶锗。
所述调整透镜4-1采用硒化锌。
有益效果
本发明提出的一种应用于光电探测领域的双变焦段光学系统，由物镜、运动透镜组、固定透镜、调整透镜组、探测器光窗和探测器焦平面组成，该光学系统的核心是通过改变固定透镜和调整透镜组的光学间隔以及调整透镜组与探测器光窗的光学间隔，从而改变固定透镜与调整透镜组的组合放大倍率，实现光学系统变焦范围的改变。设计中通过采用非球面、衍射面，降低高级像差、轴上点与轴外点像差、细光束与宽光束像差、各种色差，在不同变焦段全视场、全孔径、全变焦范围内获得满意的像质。
有益效果：
1、具有两个变焦段：具有两个不同的连续变焦范围，拓宽了光学镜头的使用范围。
2、连续变焦：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。
3、成像质量优：采用非球面、衍射面设计，使得连续变焦光学系统设计的自由度变大，光学系统优化设计可选择的变量增多，使得光学系统像差设计易于达到优良结果，获得优良像质。
附图说明
图1是本发明变焦段Ⅰ窄视场光路图；
图2是本发明变焦段Ⅰ宽视场光路图；
图3是本发明变焦段Ⅱ窄视场光路图；
图4是本发明变焦段Ⅱ宽视场光路图；
其中，1-物镜、2-运动透镜组、3-固定透镜、4-调整透镜组、5-探测器光窗、6-探测器焦平面。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
请参阅图1～4，本发明双变焦段光学系统构型光路图。本发明双变焦段光学系统构型按光路走向包括：物镜1、运动透镜组2(包括：运动透镜2-1、运动透镜2-2、运动透镜2-3、固定透镜3、调整透镜组4(包括：调整透镜4-1、调整透镜4-2、调整透镜4-3)、探测器光窗5、探测器焦平面6组成。
当固定透镜3与调整透镜组4的光学间隔为d1、调整透镜组4与探测器光窗5的光学间隔为d2时，构成变焦段Ⅰ光学系统光路。当固定透镜3与调整透镜组4的光学间隔为d3、调整透镜组4与探测器光窗5的光学间隔为d4时，构成变焦段Ⅱ光学系统光路，实现了两个变焦段的变换。
实施例：
该光路示意图是双变焦段光学系统构型实现原理图。
该系统包括物镜1、运动透镜组2(包括：运动透镜2-1、运动透镜2-2、运动透镜2-3、固定透镜3、调整透镜组4(包括：调整透镜4-1、调整透镜4-2、调整透镜4-3)、探测器光窗5、探测器焦平面6。
具体光学参数见下表所示，为了提高各视场的成像质量，光路中加入了部分非球面参与像差平衡。
双变焦段光学系统参数表(单位：mm)
本发明的光路系统中：
变焦段Ⅰ窄视场焦距为300㎜、宽视场焦距为30mm，变倍比10倍；变焦段Ⅱ窄视场焦距为400㎜、宽视场焦距为40mm，变倍比10倍；光学系统总长度小于150mm。变焦段Ⅰ：F/4.5、变焦段Ⅱ：F/5.5；全视场内畸变≤5％。其特征还在于：其适用的探测器为像素数320×256、640×480、1280×1024，像素大小适用于15μm、20μm、24μm、30μm的焦平面探测器，适用波长：3μm～5μm、8μm～12μm。

Claims (5)

1.一种应用于光电探测领域的双变焦段光学系统，其特征在于包括物镜[1]、运动透镜组[2]、固定透镜[3]、调整透镜组[4]、探测器光窗[5]、探测器焦平面[6]；所述运动透镜组[2]包括运动透镜[2-1]、运动透镜[2-2]、运动透镜[2-3]；所述调整透镜组[4]包括调整透镜[4-1]、调整透镜[4-2]、调整透镜[4-3]；按光路走向依次设置物镜[1]、运动透镜[2-1]、运动透镜[2-2]、运动透镜[2-3]、固定透镜[3]、调整透镜[4-1]、调整透镜[4-2]、调整透镜[4-3]、探测器光窗[5]和探测器焦平面[6]；当固定透镜[3]与调整透镜组[4]的光学间隔为3.5mm、调整透镜组[4]与探测器光窗[5]的光学间隔为1.6mm时，构成变焦段Ⅰ光学系统光路；当固定透镜[3]与调整透镜组[4]的光学间隔为3.3mm、调整透镜组[4]与探测器光窗[5]的光学间隔为6mm时，构成变焦段Ⅱ光学系统光路；所述变焦段Ⅰ的窄视场焦距为300㎜、宽视场焦距为30mm，变倍比10倍；所述变焦段Ⅱ窄视场焦距为400㎜、宽视场焦距为40mm，变倍比10倍。
2.根据权利要求1所述应用于光电探测领域的双变焦段光学系统，其特征在于：所述物镜[1]、运动透镜[2-2]采用单晶硅。
3.根据权利要求1所述应用于光电探测领域的双变焦段光学系统，其特征在于：所述运动透镜[2-1]、运动透镜[2-3]、固定透镜[3]、调整透镜[4-2]、调整透镜[4-3]和探测器光窗[5]采用单晶锗。
4.根据权利要求1所述应用于光电探测领域的双变焦段光学系统，其特征在于：所述调整透镜[4-1]采用硒化锌。
5.根据权利要求1所述应用于光电探测领域的双变焦段光学系统，其特征在于：所述双变焦段光学系统中各光学元件参数为下表：
双变焦段光学系统参数表(单位：mm)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103064184A (zh) * 2012-12-12 2013-04-24 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种轴向变焦三视场红外光学系统
CN106526818A (zh) * 2016-12-06 2017-03-22 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种三组联动紧凑型高变倍比红外连续变焦光学系统

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