CN213690097U - 一种微小型中波红外连续变焦光学系统 - Google Patents

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李武
熊涛
吴耀
王海涛
宋鹏飞
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Abstract

本实用新型公开了一种微小型中波红外连续变焦光学系统,沿光轴方向从物方到像方依次包括变焦物镜组和二次成像后组;所述变焦物镜组包括共光轴的前固定组、变倍组、补偿组;变倍组、补偿组沿光轴方向发生轴向移动变焦;二次成像后组包括共光轴的第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜;当变倍组与补偿组相距最远时,光学系统处于短焦;当变倍组与补偿组相距最近时,光学系统处于长焦;来自物方的光束经过变焦物镜组,会聚在补偿组与第一后组透镜之间;第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜将变焦物镜组所成的像最终成像在探测器靶面上。本实用新型采用直线型结构形式,有效地缩减了镜头长度、宽度方向尺寸,实现镜头的微小型设计。

Description

一种微小型中波红外连续变焦光学系统
技术领域
本实用新型涉及光学领域,尤其涉及一种微小型中波红外连续变焦光学系统。
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,尤其在军事领域有着广泛应用。红外光学系统通过收集外界红外辐射能力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。连续变焦光学系统可以实现大视场搜索以及小视场跟踪或识别,在变焦过程中可以保持观测目标持续变大或变小,使用上有着较大优势,因此,连续变焦光学系统在光电观测设备上有着较大的应用前景。
通过收集并整理近年来有关红外连续变焦光学系统设计研究相关专利,其结构型式主要分为U型折叠结构和直线型结构两种。U型折叠结构通过在光学系统中放置两片反射镜将光路偏转180°,虽然可以有效的压缩长度方向尺寸,但是由于光学系统的总长没发生变化,这样必然会额外增加系统宽度方向尺寸,从而不利于设备集成小型化设计;此外,在镜头装调及传函测试阶段,反射镜的装配方法复杂繁琐,且其偏转角度、偏心、面型精度等指标对镜头的传函测试结果会产生较大影响。目前已公开的有关直线型结构红外连续变焦光学系统专利,一方面其镜头长度尺寸偏大,远摄比在0.5~1左右,另一方面光学系统所使用的镜片数量偏多,基本都在7片12片左右,导致红外镜头的成本和重量增加,降低红外镜头的透过率,从而降低红外镜头的作用距离。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中U型折叠结构红外连续变焦光学系统宽度尺寸太大以及装调、测试繁琐复杂的缺陷,提供一种极大的简化结构及缩短尺寸,系统像质良好,成像清晰的微小型中波红外连续变焦光学系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
提供一种微小型中波红外连续变焦光学系统,沿光轴方向从物方到像方依次包括变焦物镜组和二次成像后组;
所述变焦物镜组包括共光轴的前固定组、变倍组、补偿组;变倍组、补偿组沿光轴方向发生轴向移动变焦;
二次成像后组包括共光轴的第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜;
当变倍组与补偿组相距最远时,光学系统处于短焦;当变倍组与补偿组相距最近时,光学系统处于长焦;
来自物方的光束经过变焦物镜组,会聚在补偿组与第一后组透镜之间;第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜将变焦物镜组所成的像最终成像在探测器靶面上。
接上述技术方案,该光学系统光圈F数为5.5,波段为3.7~4.8μm,焦距为14~140mm。
接上述技术方案,前固定组、变倍组、补偿组、第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜各为1片透镜。
接上述技术方案,前固定组、变倍组、补偿组的光焦度分配为正—负—正结构。
接上述技术方案,前固定组、变倍组、补偿组分别为硅透镜、锗透镜、硅透镜。
接上述技术方案,前固定组、变倍组为非球面透镜;补偿组为非球面衍射面透镜。
接上述技术方案,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。
接上述技术方案,第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜分别为锗透镜、硅透镜、硅透镜。
接上述技术方案,第一后组透镜、第三后组透镜为非球面透镜;第二后组透镜为球面透镜。
本实用新型产生的有益效果是:本实用新型的光学系统采用直线型结构形式,有效地缩减了镜头长度、宽度方向尺寸,极大的简化结构,镜头总长仅为60.7mm,实现镜头的微小型设计。且该光学系统采用后组三片透镜组合移动实现高低温调焦,与常规光学系统相比,可以减小一片透镜,简化结构,有利于提高光学系统能量透过率。
进一步地,该光学系统采用非球面、衍射面等特殊面型,镜头像质良好,成像清晰,减小系统透镜数量,提高光学透过率,能大大提升镜头目标探测能力。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明,附图中:
图1为本实用新型实施例微小型中波红外连续变焦光学系统的光路结构示意图;
图2为本实用新型实施例14mm短焦端的光学系统示意图;
图3为本实用新型实施例140mm长焦端的光学系统示意图;
图4为本实用新型实施例14mm短焦端的成像传函图;
图5为本实用新型实施例140mm长焦端的成像传函图;
图1中:A—变焦物镜组、B—二次成像后组;1—前固定组、2—变倍组、3—补偿组、4—第一后组透镜、5—第二后组透镜、6—第三后组透镜;7—探测器。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型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实用新型,并不用于限定本实用新型。
如图1、图2、图3所示,本实用新型的微小型中波红外连续变焦光学系统,沿光轴方向从物方到像方依次设置有变焦物镜组A、二次成像后组B;所述变焦物镜组A包括前固定组1、变倍组2、补偿组3;二次成像后组包括第一后组透镜4、第二后组透镜5和第三后组透镜6。变倍组2、补偿组3可以沿光轴方向发生轴向移动,用于实现变焦。当变倍组2与补偿组3相距最远,此时光学系统处于短焦。当变倍组2与补偿组3相距最近,此时光学系统处于长焦。后组为调焦组,具有高低温环境调焦及近距离成像调焦功能。来自物方的光线经过变焦物镜组A,会聚在补偿组3与第一后组透镜4之间;第一后组透镜4、第二后组透镜5和第三后组透镜6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7的焦平面上。
本实用新型的光学系统,其光圈F数为5.5,波段为3.7~4.8μm,焦距为14~140mm,镜头总长为60.7mm。前固定组1、变倍组2、补偿组3、第一后组透镜4、第二后组透镜5和第三后组透镜6各为1片,总共有6片透镜。该光学系统采用后组三片透镜组合移动实现高低温调焦,与常规光学系统相比,可以减小一片透镜,简化结构,有利于提高光学系统能量透过率。
前固定组1、变倍组2、补偿组3的光焦度分配为正—负—正结构。前固定组1、变倍组2、补偿组3的透镜材料分别为硅、锗、硅。前固定组1、变倍组2为非球面透镜;补偿组3为非球面衍射面透镜,用于校正像差。第一后组透镜4、第二后组透镜5和第三后组透镜6的光焦度为负—正—正结构。第一后组透镜4、第二后组透镜5和第三后组透镜6的透镜材料分别为锗、硅、硅。第一后组透镜4和第三后组透镜6该两个透镜为非球面透镜、第二后组透镜5为球面透镜,用于提升系统成像质量。
本实用新型微小型中波红外连续变焦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,并本实用新型的光学系统的像面即为探测器靶面。
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实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种微小型中波红外连续变焦光学系统,其特征在于,沿光轴方向从物方到像方依次包括变焦物镜组(A)和二次成像后组(B);
变焦物镜组(A)包括共光轴的前固定组(1)、变倍组(2)、补偿组(3);
二次成像后组包括共光轴的第一后组透镜(4)、第二后组透镜(5)和第三后组透镜(6);
变倍组(2)、补偿组(3)沿光轴方向发生轴向移动变焦;当变倍组(2)与补偿组(3)相距最远时,该光学系统处于短焦;当变倍组(2)与补偿组(3)相距最近时,该光学系统处于长焦;
来自物方的光束经过变焦物镜组(A),会聚在补偿组(3)与第一后组透镜(4)之间;第一后组透镜(4)、第二后组透镜(5)和第三后组透镜(6)将变焦物镜组(A)所成的像最终成像在探测器靶面上。
2.根据权利要求1所述的微小型中波红外连续变焦光学系统,其特征在于:该光学系统光圈F数为5.5,波段为3.7~4.8μm,焦距为14~140mm。
3.根据权利要求1所述的微小型中波红外连续变焦光学系统,其特征在于:前固定组(1)、变倍组(2)、补偿组(3)、第一后组透镜(4)、第二后组透镜(5)和第三后组透镜(6)各为1片透镜。
4.根据权利要求1所述的微小型中波红外连续变焦光学系统,其特征在于:前固定组(1)、变倍组(2)、补偿组(3)的光焦度分配为正—负—正结构。
5.根据权利要求1所述的微小型中波红外连续变焦光学系统,其特征在于:前固定组(1)、变倍组(2)、补偿组(3)分别为硅透镜、锗透镜、硅透镜。
6.根据权利要求1所述的微小型中波红外连续变焦光学系统,其特征在于:前固定组(1)、变倍组(2)为非球面透镜;补偿组(3)为非球面衍射面透镜。
7.根据权利要求1所述的微小型中波红外连续变焦光学系统,其特征在于:第一后组透镜(4)、第二后组透镜(5)和第三后组透镜(6)的光焦度为负—正—正结构。
8.根据权利要求1所述的微小型中波红外连续变焦光学系统,其特征在于:第一后组透镜(4)、第二后组透镜(5)和第三后组透镜(6)分别为锗透镜、硅透镜、硅透镜。
9.根据权利要求1所述的微小型中波红外连续变焦光学系统,其特征在于:第一后组透镜(4)、第三后组透镜(6)为非球面透镜;第二后组透镜(5)为球面透镜。
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