【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及紅外光學系統領域，具體涉及一種l型光路的長焦紅外連續變焦光學系統。
技術介紹
1、當前，隨著紅外技術的發展，非制冷紅外探測器的面陣規模在不斷增大，分辨率不斷提高，分辨率為1024×768，12μm的大面陣、高分辨率探測器技術成熟，已經獲得廣泛應用。
2、用于目標搜索、識別的光電系統，要求紅外熱成像系統要既能夠實現大視場的目標搜索又能夠實現遠距離目標的小視場識別。因此，單視場紅外光學系統不能滿足該要求。紅外熱像儀的光學系統需要設計為變焦光學系統來實現這一功能。連續變焦紅外光學系統短焦距大視場的覆蓋率廣，長焦距小視場的分辨率高。大視場可用于大范圍搜索目標，小視場可用于對目標進行識別。在變焦過程中目標圖像能夠始終保持清晰，能夠實現變焦范圍內任意視場的變換，在連續變焦過程中不會丟失跟蹤目標，而且能夠根據場景和目標特征選擇合適的工作視場，大大提高了人機功效。
3、目前，大多數高分辨率紅外連續光學系統為適配分辨率為640×512的紅外探測器，能夠適配分辨率為1024×768的連續變焦光學系統較少，且變倍比小，難以實現遠距離目標識別需求。
4、申請號為201521011390.9的中國專利申請公開了一種長焦距長波紅外連續變焦鏡頭，該系變焦鏡頭的有效焦距為35mm～180mm，f數為1.2，光學系統總長為260mm，，最大口徑為175mm，適配探測器分辨率為640×480，像元大小為25μm。該光學系統長、體積大，光學分辨率較低，不能適配當前新型分辨率為1024×768，像元尺寸為12μm的長波
5、申請號為201721052438.x的中國專利申請公開了一種長焦距長波紅外連續變焦鏡頭，該系統焦距為30～180mm，變倍比為6倍，適配分辨率為640×480，像元尺寸為17微米的長波探測器，光學系統總長305mm，最大口徑152mm。該光學系統長、體積大，在實際應用中難于滿足小型化、輕量化的要求，且不能適配當前新型分辨率為800×600，像元尺寸為17μm或分辨率為1024×768，像元尺寸為12μm的長波紅外探測器。
6、申請號為201810040650.7的中國專利申請公開了一種高清長焦距長波紅外鏡頭，該系統焦距為25～300mm，可搭配1024×768、1280×1280的高分辨、大面陣長波紅外探測器。光學系統總長342.82mm，長度較長、體積大，實際應用受限。
7、中國專利cn209182571u、cn209182572u、cn203965714u公開了幾種長焦距長波紅外變焦光學系統，但焦距端焦距任較短且都適配分辨率為640×480的長波紅外探測器。
技術實現思路
1、為解決適用于當前高分辨率探測器的長波紅外長焦鏡頭難以實現小型化、大變倍比的技術問題，本專利技術在于提一種l型光路的長焦紅外連續變焦光學系統。
2、為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案是：
3、一種l型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，所述光學系統由從物方至像方沿光軸依次同軸設置的第一彎月形正透鏡，第一雙凹負透鏡，第一雙凸正透鏡，第二雙凹負透鏡，第二雙凸正透鏡，平面折轉反射鏡，第二彎月形正透鏡組成，其中，所述平面折轉反射鏡位于第二雙凸正透鏡和第二彎月形正透鏡之間，且平面折轉反射鏡的法線與系統光軸的夾角為45°，通過所述平面折轉反射鏡使第二雙凸正透鏡的出射光線與第二彎月形正透鏡的入射光線之間的夾角為90°，其中，所述第一雙凹負透鏡為變倍組，所述第一雙凸正透鏡為第一補償組，所述第二雙凹負透鏡為第二補償組。
4、進一步地，當系統由短焦向長焦變化時，所述的變倍組向著靠近平面折轉反射鏡的方向移動；當系統由短焦向長焦變化時，所述的第一補償組、第二補償組均向著遠離平面折轉反射鏡的方向移動。
5、進一步地，所述第一彎月形正透鏡與第一雙凹負透鏡的中心間隔為20～63.3mm，所述第一雙凹負透鏡與第一雙凸正透鏡的中心間隔為5.8～90.3mm，所述第一雙凸正透鏡與第二雙凹負透鏡的中心間隔為8.2～38.6mm，所述第二雙凹負透鏡與第二雙凸正透鏡的中心間隔為4.2～14.9mm。
6、進一步地，在由短焦至長焦的變化過程中，第一雙凹負透鏡的行程為43.3mm，第一雙凸正透鏡的行程為41.2mm，第二雙凹負透鏡的行程為10.7mm。
7、進一步地，采用軸向移動第二彎月形正透鏡的方式實現系統在-40℃～+60℃溫度范圍內的像面離焦補償及由于被觀察景物的距離變化所引起的系統離焦補償，從而保證對不同距離物體的清晰成像。
8、進一步地，所述的第一彎月形正透鏡、第一雙凹負透鏡、第一雙凸正透鏡、第二彎月形正透鏡的材質均為單晶鍺ge；所述的第二雙凹負透鏡的材質為硫系玻璃irg206，所述的第二雙凸正透鏡的材質為硒化鋅znse。
9、進一步地，所述的第一彎月形正透鏡滿足以下條件：0.8≤f1/f≤1.0，其中f為光學系統長焦狀態的焦距、f1為第一彎月形正透鏡的有效焦距；
10、所述的第一雙凹負透鏡滿滿足以下條件：-0.3≤f2/f≤-0.2，其中f為光學系統長焦狀態的焦距、f2為第一雙凹負透鏡滿的有效焦距；
11、所述的第一雙凸正透鏡滿足以下條件：0.3≤f3/f≤0.4，其中f為光學系統長焦狀態的焦距、f3為第一雙凸正透鏡的有效焦距；
12、所述的第二雙凹負透鏡滿足以下條件：-0.8≤f4/f≤-0.6，其中f為光學系統長焦狀態的焦距、f4為第二雙凹負透鏡的有效焦距；
13、所述的第二雙凸正透鏡滿足以下條件：1.8≤f5/f≤2.0，其中f為光學系統長焦狀態的焦距、f5為第二雙凸正透鏡的有效焦距；
14、所述的第二彎月形正透鏡滿足以下條件：0.2≤f7/f≤0.4，其中f為光學系統長焦狀態的焦距、f7為第二彎月形正透鏡的有效焦距。
15、第一雙凹負透鏡的出射表面、第二雙凹負透鏡的入射表面、第二彎月形正透鏡的入射表面均為非球面。
16、所述的第一雙凸正透鏡的入射表面為非球面，在非球面基底上利用金剛石車削加工出連續浮雕結構形成衍射非球面。
17、所述的光學系統實現的技術參數為：工作波段：8μm～12μm；f#：1.2；焦距：30mm～180mm；視場為：23.2°×17.5°～3.91°×2.93°；適配1024×768，12μm長波紅外探測器；其中，f#計算公式為f/d，f為光學系統的焦距，d為入射光瞳直徑。
18、有益效果：
19、1、本專利技術光學系統能夠適配當前分辨率為1024×768，12μm的長波探測器，采用雙補償組的三組元變焦結構形式，在實現30mm～180mm大變倍比連續變焦的同時有效縮短了光學系統的長度；引入折疊反射鏡對光路進行轉折，縮短了系統的軸上長度，光路系統體積小于222mm(長)×170mm(寬)×170mm(高)，實現系統的小型化。
20、2、通過系統中各透鏡本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種L型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，所述光學系統由從物方至像方沿光軸依次同軸設置的第一彎月形正透鏡（1），第一雙凹負透鏡（2），第一雙凸正透鏡（3），第二雙凹負透鏡（4），第二雙凸正透鏡（5），平面折轉反射鏡（6），第二彎月形正透鏡（7）組成，其中，所述平面折轉反射鏡（6）位于第二雙凸正透鏡（5）和第二彎月形正透鏡（7）之間，且平面折轉反射鏡（6）的法線與系統光軸的夾角為45°，通過所述平面折轉反射鏡（6）使第二雙凸正透鏡（5）的出射光線與第二彎月形正透鏡（7）的入射光線之間的夾角為90°，其中，所述第一雙凹負透鏡（2）為變倍組，所述第一雙凸正透鏡（3）為第一補償組，所述第二雙凹負透鏡（4）為第二補償組。
2.根據權利要求1所述的一種L型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，當系統由短焦向長焦變化時，所述的變倍組向著靠近平面折轉反射鏡（6）的方向移動；當系統由短焦向長焦變化時，所述的第一補償組、第二補償組均向著遠離平面折轉反射鏡（6）的方向移動。
3.根據權利要求1所述的一種L型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，所述第一
4.根據權利要求3所述的一種L型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，在由短焦至長焦的變化過程中，第一雙凹負透鏡（2）的行程為43.3mm，第一雙凸正透鏡（3）的行程為41.2mm，第二雙凹負透鏡（4）的行程為10.7mm。
5.根據權利要求1所述的一種L型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，采用軸向移動第二彎月形正透鏡（7）的方式實現系統在-40℃～+60℃溫度范圍內的像面離焦補償及由于被觀察景物的距離變化所引起的系統離焦補償，從而保證對不同距離物體的清晰成像。
6.根據權利要求1所述的一種L型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，所述的第一彎月形正透鏡（1）、第一雙凹負透鏡（2）、第一雙凸正透鏡（3）、第二彎月形正透鏡（7）的材質均為單晶鍺Ge；所述的第二雙凹負透鏡（4）的材質為硫系玻璃IRG206，所述的第二雙凸正透鏡（5）的材質為硒化鋅ZNSE。
7.根據權利要求1所述的一種L型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，各透鏡焦距需滿足以下條件：
8.根據權利要求1所述的一種L型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，第一雙凹負透鏡（2）的出射表面、第二雙凹負透鏡（4）的入射表面、第二彎月形正透鏡（7）的入射表面均為非球面。
9.根據權利要求1所述的一種L型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，所述的第一雙凸正透鏡（3）的入射表面為非球面，在非球面基底上利用金剛石車削加工出連續浮雕結構形成衍射非球面。
10.根據權利要求1所述的一種L型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，所述的光學系統實現的技術參數為：工作波段：8μm～12μm；F#：1.2；焦距：30mm～180mm；視場為：23.2°x17.5°～3.91°x2.93°；適配1024x768，12μm的長波紅外探測器；其中，F#計算公式為f/D，f為光學系統的焦距，D為入射光瞳直徑。
...【技術特征摘要】
1.一種l型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，所述光學系統由從物方至像方沿光軸依次同軸設置的第一彎月形正透鏡（1），第一雙凹負透鏡（2），第一雙凸正透鏡（3），第二雙凹負透鏡（4），第二雙凸正透鏡（5），平面折轉反射鏡（6），第二彎月形正透鏡（7）組成，其中，所述平面折轉反射鏡（6）位于第二雙凸正透鏡（5）和第二彎月形正透鏡（7）之間，且平面折轉反射鏡（6）的法線與系統光軸的夾角為45°，通過所述平面折轉反射鏡（6）使第二雙凸正透鏡（5）的出射光線與第二彎月形正透鏡（7）的入射光線之間的夾角為90°，其中，所述第一雙凹負透鏡（2）為變倍組，所述第一雙凸正透鏡（3）為第一補償組，所述第二雙凹負透鏡（4）為第二補償組。
2.根據權利要求1所述的一種l型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，當系統由短焦向長焦變化時，所述的變倍組向著靠近平面折轉反射鏡（6）的方向移動；當系統由短焦向長焦變化時，所述的第一補償組、第二補償組均向著遠離平面折轉反射鏡（6）的方向移動。
3.根據權利要求1所述的一種l型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，所述第一彎月形正透鏡（1）與第一雙凹負透鏡（2）的中心間隔為20～63.3mm，所述第一雙凹負透鏡（2）與第一雙凸正透鏡（3）的中心間隔為5.8～90.3mm，所述第一雙凸正透鏡（3）與第二雙凹負透鏡（4）的中心間隔為8.2～38.6mm，所述第二雙凹負透鏡（4）與第二雙凸正透鏡（5）的中心間隔為4.2～14.9mm。
4.根據權利要求3所述的一種l型光路的長焦紅外連續變焦光學系統，其特征在于，在由短焦至長焦的變化過程中，第一雙凹負透鏡（2）的行程為43.3mm，第一雙凸正透鏡（3）的行程為41.2...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳海清，劉志廣，沈穎凡，趙亮亮，王浩楠，趙曉云，劉攀，吳興研，
申請(專利權)人：凱邁洛陽測控有限公司，
類型：發明
國別省市：
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