一种小型化长波红外连续变焦光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种小型化长波红外连续变焦光学系统，由从物方至像方依次同轴设置的第一弯月形正透镜

【技术实现步骤摘要】
一种小型化长波红外连续变焦光学系统


[0001]本专利技术涉及长波红外光学系统领域，具体涉及一种长波红外连续变焦光学系统
。

技术介绍

[0002]自然界所有温度在绝对零度
(
‑
273℃)
以上的物体都会发出红外辐射，红外图像传感器则将探测到的红外辐射转变为人眼可见的图像信息
。
非制冷红外成像系统以其体积小
、
功耗低
、
启动快
、
成本低等优点，在车载
、
安防监控等领域均取得了广泛应用
。
[0003]随着红外成像技术的飞速发展，机载光电系统对红外变焦光学系统的需求不断增长
。
传统的定焦距光学系统只能提供单一的焦距和视场，不能在保证像质的情况下扩大搜索范围
。
连续变焦系统的优势在于在视场变换过程中依然保持图像的不间断性，目标图像依旧清晰可见，在变化倍率过程中不会丢失对目标的观察，是现代观测系统解决大视场与小视场切换的最优选择
。
[0004]由于非制冷系统的温度分辨率较低
、
探测能力较差，为提高系统的温度分辨率和探测能力，要求红外光学系统具有大相对孔径，以此提高系统的通光孔径
。
通过适当增大相对孔径，能够增加系统的信噪比
。
然而，大相对孔径与系统的小型化是一对矛盾体，大相对孔径意味着非制冷红外变焦光学系统的体积加大，重量较重
。
传统长波红外镜头在同等焦距情况下，存在长度较长
、
体积较大的问题，往往不能兼顾系统焦距
、
分辨率以及小型化的要求
。
[0005]例如，申请号为
201420346448.4
的中国专利申请公开了一种长波红外电动连续变焦镜头，该系统焦距为
30
～
120mm
，变倍比为4倍，适配的探测器分辨率为
640
×
480
，像元尺寸为
25
μ
m
，不能适配当前新型分辨率为
1024
×
768
，像元尺寸为
12
μ
m
的长波探测器，此外，该系统光学系统总长
220mm
，不利于实现小型化
。
[0006]申请号为
201911044515.0
的中国专利申请公开了一种大靶面小型化非制冷红外连续变焦光学系统，该系统焦距为
30
～
90mm
，变倍比为3倍，能够适配的探测器分辨率为
1024
×
768
，像元尺寸为
14
μ
m
的长波探测器，实现了大靶面小型化设计，但存在变倍比较小
、
长焦分辨率较短的问题
。
[0007]申请号为
201810040650.7
的中国专利申请公开了一种高清长焦距长波红外镜头，该系统焦距为
25
～
300mm
，可搭配
1024
×
768、1280
×
1280
的高分辨
、
大面阵长波红外探测器
。
但该系统长度较长，体积较大，适用于对体积重量要求宽松的地面系统中，难以在对体积重量均有严苛限制的机载光电系统中应用
。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种小型化长波红外连续变焦光学系统
。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0010]一种小型化长波红外连续变焦光学系统，所述光学系统由从物方至像方依次同轴设置的第一弯月形正透镜
、
双凹负透镜
、
第一双凸正透镜
、
弯月形负透镜
、
第二双凸正透镜
、
第二弯月形正透镜组成，所述的第一弯月形正透镜
、
第二弯月形正透镜的各表面曲率半径均为正；所述弯月形负透镜的各表面曲率半径均为负；所述光学系统通过轴向移动双凹负透镜及第一双凸正透镜实现光学系统焦距的改变，在大视场到小视场变化过程中，变倍组双凹负透镜的移动行程为
33.64mm
，补偿组第一双凸正透镜的移动行程为
27.8mm。
[0011]进一步地，采用轴向移动第二弯月形正透镜的方式实现系统在
‑
40℃
～
+60℃
温度范围内的像面离焦补偿及由于被观察景物的距离变化所引起的系统离焦补偿，从而保证对不同距离物体的清晰成像
。
[0012]优选地，所述的第一弯月形正透镜
、
双凹负透镜
、
第一双凸正透镜
、
弯月形负透镜
、
第二双凸正透镜
、
第二弯月形正透镜的材质均为单晶锗
(Ge)。
[0013]进一步地，所述第二双凸正透镜于光轴上的厚度为
CT5，所述第二弯月形正透镜于光轴上的厚度为
CT6，所述第二双凸正透镜与所述第二弯月形正透镜之间于光轴上的距离为
T
56
，满足以下条件：
0.18≤(CT5+CT6)/T
56
≤0.22。
[0014]所述光学系统满足
0.10≤BFL/f≤0.16
，其中
f
为光学系统长焦状态的焦距，
BFL
为光学系统的后截距，即第二弯月形正透镜的后表面顶点至像面的距离
。
[0015]进一步地，双凹负透镜朝向像方一侧表面即出射面
、
第一双凸正透镜朝向物方一侧表面即入射面
、
第二双凸正透镜朝向物方一侧表面即入射面均为非球面
。
[0016]所述的弯月形负透镜朝向像方一侧表面即出射面为非球面，且在非球面基底上利用金刚石车削加工出连续浮雕结构形成衍射面
。
[0017]所述的第一弯月形正透镜满足以下条件
0.75≤f1/f≤0.95
，其中
f
为光学系统长焦状态的焦距
、f1为第一弯月形正透镜的有效焦距；；
[0018]所述的双凹负透镜满足以下条件：
‑
0.3≤f2/f≤
‑
0.2
，其中
f
为光学系统长焦状态的焦距
、f2为双凹负透镜的有效焦距；
[0019]所述的第一双凸正透镜满足以下条件：
0.3≤f3/f≤0.5
，其中
f
为光学系统长焦状态的焦距
、f3为第一双凸正透镜的有效焦距；
[0020]所述的弯月本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种小型化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述光学系统由从物方至像方依次同轴设置的第一弯月形正透镜
(1)、
双凹负透镜
(2)、
第一双凸正透镜
(3)、
弯月形负透镜
(4)、
第二双凸正透镜
(5)、
第二弯月形正透镜
(6)
组成
。
所述的第一弯月形正透镜
(1)、
第二弯月形正透镜
(6)
的凸面向物方，各表面曲率半径均为正；所述弯月形负透镜
(4)
的凸面向像方，各表面曲率半径均为负；所述光学系统通过轴向移动双凹负透镜
(2)
及第一双凸正透镜
(3)
实现光学系统焦距的改变，在大视场到小视场变化过程中，变倍组双凹负透镜
(2)
的移动行程为
33.64mm
，补偿组第一双凸正透镜
(3)
的移动行程为
27.8mm。2.
根据权利要求1所述的一种小型化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，采用轴向移动第二弯月形正透镜
(6)
的方式实现系统在
‑
40℃
～
+60℃
温度范围内的像面离焦补偿及由于被观察景物的距离变化所引起的系统离焦补偿，从而保证对不同距离物体的清晰成像
。3.
根据权利要求1所述的一种小型化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述的第一弯月形正透镜
(1)、
双凹负透镜
(2)、
第一双凸正透镜
(3)、
弯月形负透镜
(4)、
第二双凸正透镜
(5)、
第二弯月形正透镜
(6)
的材质均为单晶锗
(Ge)。4.
根据权利要求1所述的一种小型化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述第二双凸正透镜
(5)
于光轴上的厚度为
CT5，所述第二弯月形正透镜
(6)
于光轴上的厚度为
CT6，所述第二双凸正透镜
(5)
与所述第二弯月形正透镜
(6)
之间于光轴上的距离为
T
56
，满足以下条件：
0.18≤(CT5+CT6)/T
56
≤0.22。5.
根据权利要求1所述的一种小型化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，
0.10≤BFL/f≤0.16
，其中
f
为光学系统长焦状态的焦距，
BFL
为光学系统的后截距，即第二弯月形正透镜
(6)
的后表面顶点至像面的距离
。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海清，谈大伟，李鹏飞，张昉，尹博，
申请(专利权)人：凯迈洛阳测控有限公司，
类型：发明
国别省市：