一種緊湊型切換式三視場中波紅外光學系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種緊湊型切換式Ξ視場中波紅外光學系統(tǒng)，設(shè)及紅外熱成像技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外熱成像的應(yīng)用領(lǐng)域通常需要紅外光學系統(tǒng)能夠同時提供高放大倍率的小視 場圖像和低放大倍率的大視場圖像W完成系統(tǒng)對目標的捜索、瞄準和跟蹤功能。兩檔或多 檔變焦紅外光學系統(tǒng)簡捷而實用，雙視場紅外光學系統(tǒng)的大視場或低放大倍率模式可用于 觀察大的景物區(qū)域、捜索疑似目標，小視場或高放大倍率模式可用于仔細觀察或放大目標， 對目標進行識別、跟蹤與瞄準。當大視場和小視場之間焦距變倍比比較大時，在兩個視場中 間加入一個過渡視場，則可W對大視場和小視場起到一個很好的補充作用。
[0003] 目前紅外Ξ視場光學系統(tǒng)的變倍方式有Ξ種:徑向切入、旋轉(zhuǎn)變倍和軸向變倍。軸 向變倍采用變倍鏡和補償鏡的相對位置移動實現(xiàn)多視場變換，旋轉(zhuǎn)變倍方式采用不同變倍 鏡組旋轉(zhuǎn)切換來實現(xiàn)多視場的轉(zhuǎn)換；W上兩種方式往往造成光學系統(tǒng)的軸向尺寸過長，為 壓縮系統(tǒng)軸向長度常在系統(tǒng)后部增加一片或兩片反射鏡折疊光路，無疑會增加系統(tǒng)復雜程 度及裝調(diào)難度。徑向切入方式采用不同變倍組徑向切換實現(xiàn)Ξ視場的轉(zhuǎn)換，可W有效壓縮 光學系統(tǒng)的軸向長度，縮短視場切換時間。
[0004] 無人機是當前應(yīng)用開發(fā)的熱點，無人機可W搭載可見光相機或紅外熱像儀進行航 拍。熱像儀通過探測物體本身發(fā)出的紅外線，對景物溫度分布進行成像，提供了比可見光更 多的信息，可用于夜視巡航、捜尋救援、設(shè)備巡檢、農(nóng)林牧漁等。無人機搭載熱像儀要求紅外 光學系統(tǒng)重量輕、體積緊湊、成像優(yōu)良、視場切換時間短。為此本發(fā)明提供一種重量輕、結(jié)構(gòu) 緊湊、切換式Ξ視場中波紅外光學系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種緊湊型切換式Ξ 視場中波制冷紅外光學系統(tǒng)，利用二次成像原理壓縮光學系統(tǒng)軸向尺寸，采用徑向切入切 出變倍鏡組，實現(xiàn)Ξ視場光學系統(tǒng)視場的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明中光學系統(tǒng)軸向尺寸緊湊，避免了增 加反射鏡折疊光路，同時窄視場具有最高的光軸精度和最高的光學透過率，且視場切換時 間短。本發(fā)明軸向尺寸緊湊，重量輕，適用于無人機等對載荷重量、體積要求較高的場所，保 證光學系統(tǒng)仍具有長焦距、Ξ視場、成像質(zhì)量優(yōu)良的特點。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用W下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明中，設(shè)定光學系統(tǒng)光學總長為Τ，系統(tǒng)在小視場狀態(tài)的焦距為fn，中繼透鏡 組G2 的放大率為m，則T/fη<0.35，-4<m<-2。
[000引從物方到像方依次由前透鏡組Gl、中繼透鏡組G2、大視場轉(zhuǎn)換透鏡組G3及中視場 轉(zhuǎn)換透鏡組G4，其中前透鏡組G1、中繼透鏡組G2被大、中、小Ξ個視場狀態(tài)共用。
[0009]其中，前透鏡組G1由第一至第Ξ透鏡組成，第一、Ξ透鏡具有正光焦度且凸面彎向 物方的彎月形透鏡，第二透鏡為具有負光焦度的彎月形透鏡；
[0010] 中繼透鏡組G2由第屯至第九透鏡組成，Ξ個透鏡分別具有正光焦度；
[0011] 大視場轉(zhuǎn)換透鏡組G3由第四至第六透鏡組成，第四、六透鏡具有負光焦度，第五透 鏡具有正光焦度；
[0012] 中視場轉(zhuǎn)換透鏡組G4由第十Ξ至第十五透鏡組成，第十Ξ、十五透鏡具有負光焦 度，第十四透鏡具有正光焦度；
[0013]本發(fā)明所述的中波紅外Ξ視場光學系統(tǒng)，其工作波段為3um~5um，視場分別為 1.2°x0.9°，5°x4°，17°xl4°，系統(tǒng)在Ξ個視場狀態(tài)下的焦距與各自入瞳孔徑比值，亦即系統(tǒng) F數(shù)為4;可用于像素15皿大小的中波制冷探測器；
[0014]本發(fā)明所述光學系統(tǒng)中每個透鏡的材料為單晶錯、娃、硫化鋒或砸化鋒；
[0015] 本發(fā)明的原理:前透鏡組G1與中繼透鏡組G2兩者構(gòu)成窄視場光路，目標的福射光 通過前透鏡組G1成一次實像，通過中繼透鏡組G2再次成像到中波制冷紅外探測器的祀面 上，即二次成像，W實現(xiàn)100%冷屏效率，同時有效縮小前組鏡片的口徑，進一步的還可W縮 短系統(tǒng)軸向尺寸。
[0016] 當大視場轉(zhuǎn)換透鏡組G3打入G1、G2所形成的小視場光路時，實現(xiàn)小視場到大視場 光路的變換；
[0017] 當中視場轉(zhuǎn)換透鏡組G4打入G1、G2所形成的小視場光路時，實現(xiàn)小視場到中視場 光路的變換。
[0018]本發(fā)明采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：
[0019] 1.本發(fā)明采用切換方式實現(xiàn)Ξ視場中波紅外系統(tǒng)，通過合理使用不同紅外材料， 并借助非球面及衍射面實現(xiàn)光學系統(tǒng)軸向尺寸短、結(jié)構(gòu)緊湊、成像質(zhì)量好、長焦距的特點；
[0020] 2.本發(fā)明實現(xiàn)系統(tǒng)光學總長T與系統(tǒng)小視場狀態(tài)的焦距fn比值T/fn< 0.35;
[0021 ] 3.本發(fā)明分視場狀態(tài)的焦距值與各自入瞳孔徑的比值，即系統(tǒng)F數(shù)為4;
[0022] 4.通過使用二次成像不僅實現(xiàn)100%冷光闊效率，壓縮前組鏡片的尺寸，進一步的 可W有效縮短光學系統(tǒng)的軸向長度尺寸。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明所采用的大、中、小Ξ個視場切換示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的光學系統(tǒng)在大視場工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明的光學系統(tǒng)在中視場工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明的光學系統(tǒng)在小視場工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5為本發(fā)明的光學系統(tǒng)在大視場工作狀態(tài)下的光學傳遞函數(shù)曲線圖；
[0028]圖6為本發(fā)明的光學系統(tǒng)在中視場工作狀態(tài)下的光學傳遞函數(shù)曲線圖；
[0029]圖7為本發(fā)明的光學系統(tǒng)在小視場工作狀態(tài)下的光學傳遞函數(shù)曲線圖；
[0030]其中：G1至G4分別為前透鏡組、中繼透鏡組、大視場轉(zhuǎn)換透鏡組和中視場轉(zhuǎn)換透鏡 組;S1至S18、S23至S28分別為光學系統(tǒng)中各個視場內(nèi)的光線接觸面，S19、S20為中波紅外探 測器保護窗前后表面，S21為中波紅外探測器冷屏，S22為中波紅外探測器祀面；1-9分別是 組成該光學系統(tǒng)的第一至第九透鏡，13-15分別為第十至十二透鏡，10為中波紅外探測器保 護窗玻璃，11為中波紅外探測器冷屏，12為中波紅外探測器祀面。
【具體實施方式】
[0031] 下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：
[0033]本發(fā)明的光學系統(tǒng)在大、中、小視場工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖2、圖3、圖4 所示，本發(fā)明所采用的大、中、小Ξ個視場切換示意圖如圖1所示。
[0034] 從物方到像方依次由前透鏡組G1、中繼透鏡組G2、大視場轉(zhuǎn)換透鏡組G3及中視場 轉(zhuǎn)換透鏡組G4，其中前透鏡組G1、中繼透鏡組G2為大、中、小Ξ個視場狀態(tài)共用。
[0035] 其中，前透鏡組G1由第一至第Ξ透鏡組成，第一、Ξ透鏡具有正光焦度且凸面彎向 物方的彎月形透鏡，第二透鏡為具有負光焦度的彎月形透鏡；
[0036] 中繼透鏡組G2由第屯至九透鏡組成，Ξ個透鏡分別具有正光焦度；