CN114594583B - 一种红外连续变焦光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外连续变焦光学系统，包括沿光路方向依次顺序设置的前固定镜片、变倍镜片组、补偿镜片组、后固定镜片组和探测器，所述前固定镜片与变倍镜片组之间的空气间隔为19.46mm‑52.37mm，所述变倍镜片组与补偿镜片组之间的空气间隔为52.22mm‑2.91mm，所述补偿镜片组与后固定镜片组之间的空气间隔为7.80mm‑24.19mm。其结构简单，且体积小巧。
Description
技术领域
本发明属于红外探测设备领域，尤其涉及一种红外连续变焦光学系统。
背景技术
红外连续变焦镜头由于其具有探测跟踪的连续性，在大视场搜索目标和小视场跟踪识别目标的切换过程中不会丢失目标，使得连续变焦镜头被广泛应用于机载光电侦查设备，目前大部分中波制冷型红外连续变焦系统包含的镜片数量较多，严重降低了系统的透过率，不利于目标探测，而且系统结构较复杂，体积较大，不仅增加装调难度，而且不易实现，也无法满足机载吊舱的使用条件。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种镜片数量少、结构简单、尺寸小且重量轻的红外连续变焦光学系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种红外连续变焦光学系统，包括沿光路方向依次顺序设置的前固定镜片、变倍镜片组、补偿镜片组、后固定镜片组和探测器。
上述技术方案中所述前固定镜片与变倍镜片组之间的空气间隔为19.46mm-52.37mm，所述变倍镜片组与补偿镜片组之间的空气间隔为52.22mm-2.91mm，所述补偿镜片组与后固定镜片组之间的空气间隔为7.80mm-24.19mm。
上述技术方案中所述前固定镜片为第一弯月正透镜，所述前固定镜片的凸面朝向物面，其凹面为衍射面。
上述技术方案中所述变倍镜片组包括沿光路方向依次顺序设置的第一双凹负透镜和第二双凹负透镜，且所述第一双凹负透镜和第二双凹负透镜之间的空气间隔为2.07mm。
上述技术方案中所述补偿镜片组包括沿光路方向依次顺序设置的第二弯月正透镜和第三弯月正透镜，第二弯月正透镜和第三弯月正透镜的凸面均朝向物面，所述第二弯月正透镜和第三弯月正透镜之间的空气间隔为12mm。
上述技术方案中所述后固定镜片组包括沿光路方向依次顺序设置的第一弯月负透镜、第二弯月负透镜和双凸正透镜，所述第一弯月负透镜和第二弯月负透镜的凹面均朝向物面，所述第一弯月负透镜和第二弯月负透镜之间的空气间隔为31mm，所述第二弯月负透镜和双凸正透镜之间的空气间隔为0.9mm。
上述技术方案中所述探测器为中波制冷型探测器，其像元数为640×512，像元尺寸为15μm，F数为5.5。
上述技术方案中所述前固定镜片、第一双凹负透镜、第二弯月正透镜和双凸正透镜的材质均为硅单晶，所述第二双凹负透镜、第一弯月负透镜和第二弯月负透镜的材质为锗单晶，所述第三弯月正透镜的材质为硒化锌。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的技术方案中将前固定镜片采用单个第一弯月正透镜，且其凹面为衍射面，如此可很好的校正系统色差，另外本方案中前固定镜片为单个镜片，其较传统两片镜片组成的前固定镜片组而言，减少了镜片数量，相应的减轻系统重量；
本发明技术方案中变倍镜片组和补偿镜片组均采用两片镜片组成，通过合理选用材料和分配光焦度，可以减小变倍镜片组和补偿镜片组的镜片口径，压缩整体光路口径，减小系统体积，进一步的减轻重量；
本发明技术方案无需采用折叠形式来实现系统小型化，而采用直筒型光路形式更能够保证光轴的一致性，减小系统装配难度。
附图说明
图1为本发明实施例所述红外连续变焦光学系统的结构简图；
图2为本发明实施例所述红外连续变焦光学系统长焦端的的光学传递函数图；
图3为本发明实施例所述红外连续变焦光学系统长焦端的畸变曲线图；
图4为本发明实施例所述红外连续变焦光学系统短焦端的畸变曲线图；
图5为本发明实施例所述红外连续变焦光学系统长焦端的球差曲线图；
图6为本发明实施例所述红外连续变焦光学系统短焦端的球差曲线图。
图中：1前固定镜片、2变倍镜片组、21第一双凹负透镜、22第二双凹负透镜、3补偿镜片组、31第二弯月正透镜、32第三弯月正透镜、4后固定镜片组、41第一弯月负透镜、42第二弯月负透镜、43双凸正透镜、5探测器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本实施例提供了一种红外连续变焦光学系统，包括沿光路方向依次顺序设置的前固定镜片1、变倍镜片组2、补偿镜片组3、后固定镜片组4和探测器5，其中，所述前固定镜片1与变倍镜片组2之间的空气间隔为19.46mm-52.37mm，所述变倍镜片组2与补偿镜片组3之间的空气间隔为52.22mm-2.91mm，所述补偿镜片组3与后固定镜片组4之间的空气间隔为7.80mm-24.19mm，且所述前固定镜片1为第一弯月正透镜，所述前固定镜片1的凸面朝向物面，其凹面为衍射面。
上述技术方案中所述变倍镜片组2包括沿光路方向依次顺序设置的第一双凹负透镜21和第二双凹负透镜22，且所述第一双凹负透镜21和第二双凹负透镜22之间的空气间隔为2.07mm。
上述技术方案中所述补偿镜片组3包括沿光路方向依次顺序设置的第二弯月正透镜31和第三弯月正透镜32，第二弯月正透镜31和第三弯月正透镜32的凸面均朝向物面，所述第二弯月正透镜31和第三弯月正透镜32之间的空气间隔为12mm。
上述技术方案中所述后固定镜片组4包括沿光路方向依次顺序设置的第一弯月负透镜41、第二弯月负透镜42和双凸正透镜43，所述第一弯月负透镜41和第二弯月负透镜42的凹面均朝向物面，所述第一弯月负透镜41和第二弯月负透镜42之间的空气间隔为31mm，所述第二弯月负透镜42和双凸正透镜43之间的空气间隔为0.9mm。
上述技术方案中所述探测器5为中波制冷型探测器，其像元数为640×512，像元尺寸为15μm，F数为5.5。
上述技术方案中所述前固定镜片1、第一双凹负透镜21、第二弯月正透镜31和双凸正透镜43的材质均为硅单晶，所述第二双凹负透镜22、第一弯月负透镜41和第二弯月负透镜42的材质为锗单晶，所述第三弯月正透镜32的材质为硒化锌。
本实施例所提供的红外连续变焦光学系统采用二次成像的结构形式，该结构形式由八片镜片组成，所匹配的探测器为制冷型探测器，冷光阑位于红外连续变焦光学系统的末端以实现冷光阑效率100％，从而减少杂散光进入，提高该红外连续变焦光学系统的灵敏度。该红外连续变焦光学系统结合前固定镜片的凹面使用衍射面，并合理选用镜片材质并分配各镜片光焦度，由于衍射面特有的性质，可以使用较少的镜片数量使得红外连续变焦光学系统系统性能得到满足，减轻系统重量，并减小系统体积。
本实施例中各镜片的具体参数见下表：
其中，表面序号中S奇数表示该镜片靠近物面侧的镜面，如S1、S3、S5、S7……表示对应镜片物面侧的镜面，而S偶数表示该镜片远离物面侧的镜面，如S2、S4、S6、S8……表示对应镜片远离物面侧的镜面，每个镜片每个镜面对应的间隔是表示该镜面至其下一个镜面的间距，如S奇数对应的间隔是表示对应镜片两个镜面侧的厚度(如S1对应的间隔是表示前固定镜片的厚度，S3对应的间隔是表示第一双凹负透镜的厚度)，而S偶数是表示对应镜片与下一个镜片的间距(如S2是表示前固定镜片与第一双凹负透镜的间距，S4是表示第一双凹负透镜和第二双凹负透镜的间距)。
而探测器内具有三个镜片(其物面侧的镜片对应的两个镜面分别为S17和S18,其中间镜片对应的两个镜面分别为S19和S20，其最远离物面的镜片靠近物面的一侧镜面为S21)。
上述各个镜片的非球面面型方程如下：
Z代表光轴方向的位置，r代表相对光轴的垂直方向上的高度，c代表曲率半径，k代表圆锥系数，α4、α6、α8、α10代表非球面系数。
各镜片的非球面及衍射面相关数据：
其中，所述b1、b2为衍射面方程的二次项、四次项系数(衍射面方程属于现有技术，在此不作赘述)。
由上述镜片组成的光学系统达到了如下的光学指标：
(1)水平视场角：大于18°-大于1.1°；
(2)光学畸变：≤5％；
(3)成像圆直径：不小于Ф12.3mm；
(4)工作光谱范围：3.7um-4.8um；
(5)光学总长：≤200mm；
(6)镜片总重量：≤160g。
本实施例所提供的红外连续变焦光学系统的检测结果图如图2-图6所示。
本实施例红外连续变焦光学系统的优点：
a)本实施例在前固定镜片的凹面位置使用衍射面，可以很好的校正系统色差，代替传统两片式前固定镜片组的结构形式，减轻系统重量；
b)本发明的变倍组和补偿组均采用两片式结构，通过合理选用材料和分配光焦度，可以减小变倍组和补偿组的镜片口径，压缩系统整体光路口径，减小系统体积，减轻重量；
c)本发明系统无需采用折叠形式来实现小型化，直筒型光路形式更能够保证光轴的一致性，减轻系统装配难度。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。近的状态或形状。
Claims (3)
1.一种红外连续变焦光学系统，其特征在于，包括沿光路方向依次顺序设置的前固定镜片（1）、变倍镜片组（2）、补偿镜片组（3）、后固定镜片组（4）和探测器（5）;所述前固定镜片（1）与变倍镜片组（2）之间的空气间隔为19.46mm-52.37mm，所述变倍镜片组（2）与补偿镜片组（3）之间的空气间隔为52.22mm-2.91mm，所述补偿镜片组（3）与后固定镜片组（4）之间的空气间隔为7.80mm-24.19mm；所述前固定镜片（1）为第一弯月正透镜，所述前固定镜片（1）的凸面朝向物面，其凹面为衍射面;所述变倍镜片组（2）包括沿光路方向依次顺序设置的第一双凹负透镜（21）和第二双凹负透镜（22），且所述第一双凹负透镜（21）和第二双凹负透镜（22）之间的空气间隔为2.07mm; 所述补偿镜片组（3）包括沿光路方向依次顺序设置的第二弯月正透镜（31）和第三弯月正透镜（32），第二弯月正透镜（31）和第三弯月正透镜（32）的凸面均朝向物面，所述第二弯月正透镜（31）和第三弯月正透镜（32）之间的空气间隔为12mm;所述后固定镜片组（4）包括沿光路方向依次顺序设置的第一弯月负透镜（41）、第二弯月负透镜（42）和双凸正透镜（43），所述第一弯月负透镜（41）和第二弯月负透镜（42）的凹面均朝向物面，所述第一弯月负透镜（41）和第二弯月负透镜（42）之间的空气间隔为31mm，所述第二弯月负透镜（42）和双凸正透镜（43）之间的空气间隔为0.9mm。
2.根据权利要求1所述的红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述探测器（5）为中波制冷型探测器，其像元数为640×512，像元尺寸为15μm，F数为5.5。
3.根据权利要求1所述的红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述前固定镜片（1）、第一双凹负透镜（21）、第二弯月正透镜（31）和双凸正透镜（43）的材质均为硅单晶，所述第二双凹负透镜（22）、第一弯月负透镜（41）和第二弯月负透镜（42）的材质为锗单晶，所述第三弯月正透镜（32）的材质为硒化锌。
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