CN108008529B - 一种翻转式中波两档红外光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种翻转式中波两档红外光学系统，沿光轴方向依次有变焦物镜组、反射镜组和二次成像后组；所述的变焦物镜组依次由主物镜、次物镜一、次物镜二、变焦透镜一、变焦透镜二和调焦镜组成；所述的反射镜组由第一反射镜和第二反射镜组成，分别将光路折转90°；所述的二次成像后组由第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜组成，将变焦物镜组所成的像最终成像在探测器靶面上；本发明光学系统的孔径光阑刚好位于探测器的冷光阑处，能够满足100%冷光阑效率，从而避免外界杂散光照射在探测器靶面上，提高成像质量；具备大相对孔径，结构紧凑、变焦时间短、系统像质良好，成像清晰等优点。此外，长焦端光学透镜率高，具有优良的目标识别能力。

Description

一种翻转式中波两档红外光学系统
技术领域
本发明专利属于光学技术领域，具体涉及一种大相对孔径紧凑型翻转式中波两档红外光学系统，可广泛应用于制冷型中波红外焦平面探测器。
背景技术
近年来红外热成像技术得到了飞速发展，由于其具备众多优良特点，如被动接收红外辐射，隐蔽性高、不会被敌方电子干扰；精度高；图像易于观察等，在军事、车载、测温、电力巡线、边界安防等领域得到广泛应用。
红外光学系统通过收集外界红外辐射能量并将其最终聚焦在探测器靶面上，是红外热像仪的重要组成部分。红外光学系统大致可分为定焦、两档、多档和连续变焦等形式。
两档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。两档红外光学系统可分为轴向移动变倍、翻转变倍两种结构形式。
目前已广泛应用的轴向移动变倍两档红外光学系统，存在一些问题，如变焦时间长，容易造成目标丢失、光轴稳定性较差等。
另外，现有两档红外光学系统的相对孔径主要是1：4，在阴雨或雾霾天气，此类镜头的目标探测能力受到大大限制。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本文提供一种大相对孔径紧凑型翻转式中波两档红外光学系统，该系统采用二次折转翻转式变倍，能够实现快速变焦，结构形式紧凑，另外该系统具有大相对孔径，能大大提升镜头目标探测能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种翻转式中波两档红外光学系统，沿光轴方向从物方到像方依次有变焦物镜组、反射镜组和二次成像后组；所述的变焦物镜组依次由主物镜、次物镜一、次物镜二、变焦透镜一、变焦透镜二和调焦镜组成；所述的反射镜组由第一反射镜和第二反射镜组成，第一反射镜与第二反射镜分别将光路折转90°，最终光线传播方向发生180°折转，用于实现变焦；所述的二次成像后组由第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜组成，将变焦物镜组所成的像最终成像在探测器靶面上，所述的第一后组透镜和第二后组透镜位于第一反射镜和第二反射镜之间，所述的第三后组透镜位于第二反射镜和探测器之间。
所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，系统光圈F数为2.0，波段为3.7~4.8μm，焦距为100mm或400mm。
所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，所述的主物镜、次物镜一、次物镜二、变焦透镜一、变焦透镜二、调焦镜的光焦度分配为正—负—正—负—正—负结构。
所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，所述的主物镜、次物镜一、次物镜二、变焦透镜一、变焦透镜二、调焦镜的透镜材料分别为硅、锗、硅、锗、硅、锗。
所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，所述的次物镜一、变焦透镜一和调焦镜为非球面透镜；所述的主物镜、次物镜二和变焦透镜二为球面透镜。
所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，所述的第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜的光焦度为负—正—正结构。
所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，所述的第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜的透镜材料分别为锗、硅、硅。
所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，所述的第二后组透镜和第三后组透镜为球面透镜、第一后组透镜为非球面透镜。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：本发明光学系统采用翻转式变倍结构形式，能够实现宽视场和窄视场的快速切换，满足变焦时间短要求，且结构简单；采用两反射镜折转光路形式，大大压缩系统的总体长度；具有大相对孔径，能大大提升镜头目标探测能力；成像质量好，采用了非球面以及多种红外材料的组合搭配，很好地平衡了球差、色差、像散、畸变等像差，光学传递函数曲线接近衍射极限。
附图说明
图1为本发明光学系统的光路结构示意图；
图2为本发明100mm短焦端的光学系统示意图；
图3为本发明400mm长焦端的光学系统示意图；
图4为本发明100mm短焦端的成像传函图；
图5为本发明400mm长焦端的成像传函图。
各附图标记为：A—变焦物镜组、B—反射镜组，C—二次成像后组，1—主物镜，2—次物镜一，3—次物镜二，4—变焦透镜一，5—变焦透镜二，6—调焦镜，7—第一反射镜，8—第一后组透镜，9—第二后组透镜，10—第二反射镜，11—第三后组透镜，12—探测器。
具体实施方式
以下结合附图，通过本实施例对本发明做进一步详细说明。
为了解决轴向移动变倍两档红外光学系统存在的变焦时间长、光轴稳定性差等问题以及提升镜头在阴雨或雾霾天气的目标探测能力，本发明公开了一种大相对孔径紧凑型翻转式中波两档红外光学系统，如图1、图2、图3所示，本发明的，沿光轴方向从物方到像方依次设置有变焦物镜组A、反射镜组B和二次成像后组C。
所述变焦物镜组A包括主物镜1、次物镜一2、次物镜二3、变焦透镜一4、变焦透镜二5、调焦镜6。
所述的反射镜组B包括第一反射镜7和第二反射镜10，变焦透镜一4、变焦透镜二5可绕光轴发生翻转，用于实现变焦；第一反射镜7与第二反射镜10分别将光路折转90°，最终光线经过该光学系统后，传播方向发生180°折转。
二次成像后组C包括第一后组透镜8、第二后组透镜9和第三后组透镜11，来自物方的光线经过变焦物镜组A，会聚在第一反射镜7与第二反射镜10之间；第一后组透镜8、第二后组透镜9和第三后组透镜11将变焦物镜组A所成的像最终成像在探测器靶面上，即探测器12的焦平面上。
本发明的光学系统包括主物镜1、次物镜一2、次物镜二3、变焦透镜一4、变焦透镜二5、调焦镜6、第一后组透镜8、第二后组透镜9和第三后组透镜11各为一片，总共有九片透镜；第一反射镜7与第二反射镜10各为一片，共两片反射镜，其光圈F数为2.0，波段为3.7~4.8μm，焦距为100mm或400mm。
本发明镜头具备大相对孔径，结构紧凑、变焦时间短、系统像质良好，成像清晰等优点。此外，长焦端光学透镜率高，具有优良的目标识别能力。
进一步，所述的主物镜1、次物镜一2、次物镜二3、变焦透镜一4、变焦透镜二5、调焦镜6的光焦度分配为正—负—正—负—正—负结构；所述的主物镜1、次物镜一2、次物镜二3、变焦透镜一4、变焦透镜二5、调焦镜6的透镜材料分别为硅、锗、硅、锗、硅、锗；所述的次物镜一2、变焦透镜一4和调焦镜6该三片透镜为非球面透镜，用于校正像差；主物镜1、次物镜二3和变焦透镜二5该三片透镜为球面透镜。
更进一步，所述的第一反射镜7与第二反射镜10分别将光路折转90°，最终光线经过该光学系统后，传播方向发生180°折转，大大压缩系统的总体长度，实现光路折叠、结构紧凑的作用；所述的第一后组透镜8、第二后组透镜9和第三后组透镜11的光焦度为负—正—正结构；所述的第一后组透镜8、第二后组透镜9和第三后组透镜11的透镜材料分别为锗、硅、硅；所述的第二后组透镜9和第三后组透镜11该两个透镜为球面透镜、第一后组透镜8为非球面透镜，用于提升系统成像质量。
本发明大相对孔径紧凑型翻转式中波两档红外光学系统的孔径光阑刚好位于探测器的冷光阑处，能够满足100%冷光阑效率，从而避免外界杂散光照射在探测器靶面上，提高成像质量，并本发明的光学系统的像面即为探测器靶面。
最后应当说明的是：本发明并不仅限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员应当理解，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下进行修改或者等同替换。

Claims (8)

1.一种翻转式中波两档红外光学系统，其特征在于：沿光轴方向从物方到像方依次有变焦物镜组（A）、第一反射镜（7）、第二反射镜（10）、第一后组透镜（8）、第二后组透镜（9）和第三后组透镜（11）；
所述的变焦物镜组（A）依次由主物镜（1）、次物镜一（2）、次物镜二（3）、变焦透镜一（4）、变焦透镜二（5）和调焦镜（6）组成，变焦透镜一（4）、变焦透镜二（5）可绕光轴发生翻转，用于实现变焦；
所述第一反射镜（7）和第二反射镜（10）组成反射镜组（B），第一反射镜（7）和第二反射镜（10）分别将光路折转90°，使光线传播方向发生180°折转；
所述的第一后组透镜（8）、第二后组透镜（9）和第三后组透镜（11）组成二次成像后组（C），将变焦物镜组（A）所成的像最终成像在探测器（12）靶面上，所述的第一后组透镜（8）和第二后组透镜（9）位于第一反射镜（7）和第二反射镜（10）之间，所述的第三后组透镜（11）位于第二反射镜（10）和探测器（12）之间。
2.根据权利要求1所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，其特征在于，系统光圈F数为2.0，波段为3.7~4.8μm，焦距为100mm或400mm。
3.根据权利要求1所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，其特征在于，所述的主物镜（1）、次物镜一（2）、次物镜二（3）、变焦透镜一（4）、变焦透镜二（5）、调焦镜（6）的光焦度分配为正—负—正—负—正—负结构。
4.根据权利要求3所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，其特征在于，所述的主物镜（1）、次物镜一（2）、次物镜二（3）、变焦透镜一（4）、变焦透镜二（5）、调焦镜（6）的透镜材料分别为硅、锗、硅、锗、硅、锗。
5.根据权利要求3所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，其特征在于，所述的次物镜一（2）、变焦透镜一（4）和调焦镜（6）为非球面透镜；所述的主物镜（1）、次物镜二（3）和变焦透镜二（5）为球面透镜。
6.根据权利要求1所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，其特征在于，所述的第一后组透镜（8）、第二后组透镜（9）和第三后组透镜（11）的光焦度为负—正—正结构。
7.根据权利要求6所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，其特征在于，所述的第一后组透镜（8）、第二后组透镜（9）和第三后组透镜（11）的透镜材料分别为锗、硅、硅。
8.根据权利要求6所述的一种翻转式中波两档红外光学系统，其特征在于，所述的第二后组透镜（9）和第三后组透镜（11）为球面透镜、第一后组透镜（8）为非球面透镜。
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