一种光学补偿式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光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，包括从物方到像方依次设置的前固定镜组、前移动镜组、中固定镜组、后移动镜组和后固定镜组，前移动镜组由依次设置的第一移动透镜和第二移动透镜组成，后移动镜组由依次设置的第三移动透镜和第四移动透镜组成，前移动镜组和后移动镜组在光轴上做等间距、等速度、同方向的前后联动以实现光学补偿式连续变焦。光学补偿式系统，结构简单容易制造，对控制系统的精度要求较低。克服机械补偿系统需要复杂的凸轮结构或双丝杠的精密配合才能保证变焦过程中图像保持清晰的缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学补偿式长波红外连续变焦光学系统。
技术介绍
红外成像系统具有全天候工作、无需辅助照明等优点，在告警、侦察和制导等军事领域中得到了广泛应用。对于军用设备，通常地面上的主要目标为地面掩体、工厂、大坝、坦克、装甲运输车、汽车与士兵等。这些目标表面温度一般不高，辐射能量小，热辐射的峰值集中在长波红外波段。此外，在大气传输过程中红外线易被物质所吸收，但对于薄雾来说，长波红外更容易通过，这样，相对于中波(3μm～5μm)红外，长波红外成像系统在较低温度下能够进行最有效的探测，并且在弥漫着灰尘和烟雾的战场上占据有利地位，在探测识别方面更具优势。红外连续变焦系统是通过改变透镜组之间的间隔来实现的，按像面补偿方式的不同，通常分为光学补偿和机械补偿两种。目前红外连续变焦大多采用机械补偿式，通过变倍组和补偿组的相对移动，各运动组份按不同的运动规律作较复杂的移动，达到完全防止像面移动。比如申请号为201210535594.7的中国专利申请公开了一种轴向变焦三视场红外光学系统，包括变倍透镜组和补偿透镜组，通过变倍透镜组和补偿透镜组的轴向移动实现三视场的转换。由于变倍组与补偿在运动时需要一一对应，对控制精度的要求较高，否则会出现在视场切换过程中出现某个视场图像模糊的现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，用以解决机械补偿方式的光学系统在变焦过程中易出现某些点图像模糊的问题。为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，包括从物方到像方依次设置的前固定镜组、前移动镜组、中固定镜组、后移动镜组和后固定镜组，所述前移动镜组由依次设置的第一移动透镜和第二移动透镜组成，所述后移动镜组由依次设置的第三移动透镜和第四移动透镜组成，所述前移动镜组和后移动镜组在光轴上做等间距、等速度、同方向的前后联动以实现连续变焦；所述第一移动透镜为凸面朝向物方的弯月形负透镜，所述第二移动透镜为双凹负透镜，所述第三移动透镜为凸面朝向物方的弯月形负透镜，所述第四移动透镜为凹面朝向物方的弯月形负透镜。所述前固定镜组由第一固定透镜组成，所述第一固定透镜为凸面朝向物方的弯月形正透镜；所述中固定镜组由第二固定透镜组成，所述第二固定透镜为双凸正透镜；所述后固定镜组包括四个透镜：第三固定透镜、第四固定透镜、第五固定透镜和第六固定透镜，其中，第三固定透镜为凸面朝向物方的弯月形正透镜，第四固定透镜为凹面朝向物方的弯月形正透镜，第五固定透镜为凹面朝向物方的弯月形正透镜，第六固定透镜为凹面朝向物方的弯月形正透镜。所述前移动镜组和后移动镜组固联设置，以实现所述在光轴上做等距、等速、同向的前后联动。该连续变焦光学系统实现的技术指标为：波段为7.7μm～9.5μm；焦距为f′＝33mm～500mm；视场为20.62°～1.38；F#为3。所述第二固定透镜的靠近像方的表面、第五固定透镜的靠近物方的表面和第六固定透镜的靠近物方的表面为非球面。所述第一固定透镜的材料为单晶锗，第一移动透镜的材料为硒化锌，第二移动透镜的材料为单晶锗，第二固定透镜的材料为单晶锗，第三移动透镜的材料为单晶锗，第四移动透镜的材料为硒化锌，第三固定透镜的材料为单晶锗，第四固定透镜的材料为单晶锗，第五固定透镜的材料为单晶锗，第六固定透镜的材料为单晶锗。所述光学系统在短焦时，前移动镜组和后移动镜组组成的变焦镜组在靠近物方的位置，在从短焦到长焦变化过程中，所述变焦镜组向像方方向移动。所述第一移动透镜与第一固定透镜的间隔范围为2～90.4mm，所述第一移动透镜与第二移动透镜的间隔为6.78mm，所述第二移动透镜与第二固定透镜之间的间隔范围为12.8～101mm，所述第三移动透镜与第二固定透镜之间的间隔范围为13～101.45mm，所述第三移动透镜与第四移动透镜之间的间隔为4.58mm，所述第四移动透镜与第三固定透镜之间的间隔范围为0.5～88.9mm。所述第一固定透镜的靠近物方的表面的曲率半径为153.84mm，第一固定透镜的靠近像方的表面的曲率半径为237.06mm；第一移动透镜的靠近物方的表面的曲率半径为145.47mm，第一移动透镜的靠近像方的表面的曲率半径为77.06mm；第二移动透镜的靠近物方的表面的曲率半径为-277.97mm，第二移动透镜的靠近像方的表面的曲率半径为260.06mm；第二固定透镜的靠近物方的表面的曲率半径为326.11mm，第二固定透镜的靠近像方的表面的曲率半径为-242.31mm；第三移动透镜的靠近物方的表面的曲率半径为25.09mm，第三移动透镜的靠近像方的表面的曲率半径为22.01mm；第四移动透镜的靠近物方的表面的曲率半径为785.4mm，第四移动透镜的靠近像方的表面的曲率半径为50.13mm；第三固定透镜的靠近物方的表面的曲率半径为34.93mm，第三固定透镜的靠近像方的表面的曲率半径为25.91mm；第四固定透镜的靠近物方的表面的曲率半径为28.09mm，第四固定透镜的靠近像方的表面的曲率半径为155.52mm；第五固定透镜的靠近物方的表面的曲率半径为36.05mm，第五固定透镜的靠近像方的表面的曲率半径为-305.74mm；第六固定透镜的靠近物方的表面的曲率半径为-166.05mm，第六固定透镜的靠近像方的表面的曲率半径为123.56mm；所述第一固定透镜的厚度为8.80mm，第一移动透镜的厚度为10mm，第二移动透镜的厚度为10mm，第二固定透镜的厚度为5.7392mm，第三移动透镜的厚度为4.71mm，第四移动透镜的厚度为3mm，第三固定透镜的厚度为3mm，第四固定透镜的厚度为3mm，第五固定透镜的厚度为5.74mm，第六固定透镜的厚度为5mm。所述第四固定透镜与第五固定透镜之间的光线传播路径上设置有第一反射镜和第二反射镜，通过所述第一反射镜和第二反射镜使第四固定透镜的出射光线与第五透镜的入射光线之间的夹角为180°。本专利技术提供的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统中，中固定镜组的前方和后方均设置有移动镜组，这两个移动镜组之间的间距恒定，并且在光轴上做等速度、同方向的前后联动，通过前后联动实现连续变焦。并且，由于两个移动镜组等间距、等速度、同方向移动，所以，对控制精度的要求较低，在变焦过程中不会出现某些点图像模糊的现象，保证了成像的清晰和稳定。并且，该光学系统焦距长，变倍比大，能够适用于航空机载设备的远距离目标探测、识别。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，包括从物方到像方依次设置的前固定镜组、前移动镜组、中固定镜组、后移动镜组和后固定镜组，所述前移动镜组由依次设置的第一移动透镜和第二移动透镜组成，所述后移动镜组由依次设置的第三移动透镜和第四移动透镜组成，所述前移动镜组和后移动镜组在光轴上做等间距、等速度、同方向的前后联动以实现连续变焦；所述第一移动透镜为凸面朝向物方的弯月形负透镜，所述第二移动透镜为双凹负透镜，所述第三移动透镜为凸面朝向物方的弯月形负透镜，所述第四移动透镜为凹面朝向物方的弯月形负透镜。

【技术特征摘要】
1.一种光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，包括从物
方到像方依次设置的前固定镜组、前移动镜组、中固定镜组、后移动镜组和后
固定镜组，所述前移动镜组由依次设置的第一移动透镜和第二移动透镜组成，
所述后移动镜组由依次设置的第三移动透镜和第四移动透镜组成，所述前移动
镜组和后移动镜组在光轴上做等间距、等速度、同方向的前后联动以实现连续
变焦；所述第一移动透镜为凸面朝向物方的弯月形负透镜，所述第二移动透镜
为双凹负透镜，所述第三移动透镜为凸面朝向物方的弯月形负透镜，所述第四
移动透镜为凹面朝向物方的弯月形负透镜。
2.根据权利要求1所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特
征在于，所述前固定镜组由第一固定透镜组成，所述第一固定透镜为凸面朝向
物方的弯月形正透镜；所述中固定镜组由第二固定透镜组成，所述第二固定透
镜为双凸正透镜；所述后固定镜组包括四个透镜：第三固定透镜、第四固定透
镜、第五固定透镜和第六固定透镜，其中，第三固定透镜为凸面朝向物方的弯
月形正透镜，第四固定透镜为凹面朝向物方的弯月形正透镜，第五固定透镜为
凹面朝向物方的弯月形正透镜，第六固定透镜为凹面朝向物方的弯月形正透
镜。
3.根据权利要求1所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特
征在于，所述前移动镜组和后移动镜组固联设置，以实现所述在光轴上做等距、
等速、同向的前后联动。
4.根据权利要求1所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特
征在于，该连续变焦光学系统实现的技术指标为：波段为7.7μm～9.5μm；焦
距为f′＝33mm～500mm；视场为20.62°～1.38；F#为3。
5.根据权利要求2所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特

\t征在于，所述第二固定透镜的靠近像方的表面、第五固定透镜的靠近物方的表
面和第六固定透镜的靠近物方的表面为非球面。
6.根据权利要求2所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特
征在于，所述第一固定透镜的材料为单晶锗，第一移动透镜的材料为硒化锌，
第二移动透镜的材料为单晶锗，第二固定透镜的材料为单晶锗，第三移动透镜
的材料为单晶锗，第四移动透镜的材料为硒化锌，第三固定透镜的材料为单晶
锗，第四固定透镜的材料为单晶锗，第五固定透镜的材料为单晶锗，第六固定
透镜的材料为单晶锗。
7.根据权利要求2所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特
征在于，所述光学系统在短焦时，前移动镜组和后移动镜组组成的变焦镜组在
靠近物方的位置，在从短焦到长焦变化过程中，所述变焦镜组向像方方向移动。
8.根据权利要求7所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海清，赵新亮，李萍，田海霞，崔莉，李同海，
申请(专利权)人：凯迈洛阳测控有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41