一种长焦距、大口径、多视场中波红外光学系统技术方案

本发明专利技术涉及红外光学系统领域，具体涉及一种长焦距、大口径、多视场中波红外光学系统。包括相互平行的第一光轴和第二光轴，在第一光轴上依次同轴设有次反射镜、第一弯月形负透镜、第一弯月形正透镜以及主反射镜，在第二光轴上依次同轴设有第二弯月形正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜、第二弯月形负透镜以及第三弯月形正透镜；在主反射镜朝向像方的一侧设有第三光轴以及将来自于第一弯月形正透镜的光线或来自于第三弯月形正透镜的光线朝向沿第三光轴方向反射的反射镜组。本发明专利技术具有长焦距、大口径、多视场成像的优点，可增加系统对目标的探测、识别距离，同时提高了对光线的聚光能力及系统的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种长焦距、大口径、多视场中波红外光学系统
本专利技术涉及红外光学系统领域，具体涉及一种长焦距、大口径、多视场中波红外光学系统。
技术介绍
红外光学系统具有夜间穿透能力强、识别伪装能力强，能够被动接收红外辐射、隐蔽性好、不易受干扰等优点，在军事、民用方面均展现了卓越的性能。一般情况下，短焦距光学系统视场较宽，但其空间分辨率低；长焦距光学系统视场较窄，但具有高的空间分辨率。在军事侦察、对地观测等领域的工作过程中，根据任务的要求，既要对目标进行搜索，又要对目标进行瞄准，这就同时需要光学系统具备大视场的搜索和较高空间分辨率的瞄准。因此，使用一个具备长短焦距、大小视场自由切换的变焦系统可以同时完成对目标搜索和瞄准的任务。连续变焦系统具有既可以搜索大视场范围内的目标又可以瞄准小视场范围内的目标的优点，因此红外连续变焦系统在陆、海、空等军事领域被广泛地使用。为了能够使跟踪搜索目标的范围更大以致获取更多更详细的有用信息，就必须提高系统的变倍比，因此研究设计具有高变倍比、结构紧凑、复杂程度低、重量轻的大变倍比红外光学系统具有重要意义。连续变焦光学系统的优点是变焦过程中目标图像能够始终保持清晰，能够实现变焦范围内任意视场的变换。应用在光电跟踪瞄准系统时，系统在连续变焦过程中不会丢失跟踪目标。但是连续变焦系统结构复杂，装调难度大，变焦过程中焦距精度及光轴一致性都难保证。此外，视场切换或连续变化过程中，视场变化时间也是一项重要指标，因为连续变焦的变焦时间长，目前约为6s。然而，战场态势瞬息万变、战机稍纵即逝，视场切换时间过长会贻误战机。因此，连续变焦也有其不利的方面。专利技术内容本专利技术旨在提供一种长焦距、大口径、多视场中波红外光学系统，以增加系统对目标的探测、识别距离，同时提高了对光线的聚光能力及系统的灵敏度。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种长焦距、大口径、多视场中波红外光学系统，包括相互平行分布的第一光轴和第二光轴，在第一光轴上沿由物方至像方的方向依次同轴设有次反射镜、第一弯月形负透镜、第一弯月形正透镜以及主反射镜，在第二光轴上沿由物方至像方的方向依次同轴设有第二弯月形正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜、第二弯月形负透镜以及第三弯月形正透镜；主反射镜的镜面朝向物方方向设置，在主反射镜上开设有供光线由第一弯月形正透镜向像方方向传播的中心孔以及供光线由第三弯月形正透镜向像方方向传播的旁孔，次反射镜的镜面朝向像方方向设置，并用于将来自于主反射镜的光线朝向第一弯月形负透镜反射，双凹负透镜和第二弯月形负透镜固联设置并组成变焦镜组，变焦镜组设置在一个用于带动变焦镜组沿第二光轴轴向移动的第一切换执行机构上；在主反射镜朝向像方的一侧设有垂直于第一光轴和第二光轴的第三光轴以及用于将来自于第一弯月形正透镜的光线或来自于第三弯月形正透镜的光线朝向沿第三光轴方向反射的反射镜组，在第三光轴上依次同轴设有成像面、第三弯月形负透镜以及第四弯月形正透镜，反射镜组包括第三平面反射镜、用于将来自于第一弯月形正透镜的光线朝向第三平面反射镜反射的第一平面反射镜、用于将来自于第三弯月形正透镜的光线朝向第三平面反射镜反射的第二平面反射镜以及用于将来自于第三平面反射镜的光线朝向第四弯月形正透镜方向反射的第四平面反射镜，其中的第二平面反射镜设置在第二切换执行机构上，第二切换执行机构用于将第二平面反射镜切入第一平面反射镜和第三平面反射镜之间以阻挡来自于第一弯月形正透镜的光线射向第三平面反射镜并使来自于第三弯月形正透镜的光线射向第三平面反射镜，或将第二平面反射镜切出第一平面反射镜和第三平面反射镜之间以切断来自于第三弯月形正透镜的光线射向第三平面反射镜并使来自于第一弯月形正透镜的光线射向第三平面反射镜。优选的，第一平面反射镜和第三平面反射镜相互平行设置，第四平面反射镜垂直于第一平面反射镜和第三平面反射镜设置。优选的，次反射镜的有效焦距f1满足-1.6f≤f1≤-1.4f；第一弯月形负透镜的有效焦距f2满足-3.2f≤f2≤-2.8f；第一弯月形正透镜的有效焦距f3满足4.0f≤f3≤4.5f；主反射镜的有效焦距f4满足-4.37f≤f4≤-4.25f；第二弯月形正透镜的有效焦距f7满足2.3f≤f7≤2.4f；双凹负透镜的有效焦距f8满足-0.5f≤f8≤-0.47f；双凸正透镜的有效焦距f9满足0.9f≤f9≤1.0f；第二弯月形负透镜的有效焦距f10满足-2.8f≤f10≤-2.5f；第三弯月形正透镜的有效焦距f11满足4.4f≤f11≤5.1f；第四弯月形正透镜的有效焦距f14满足0.35f≤f14≤0.4f；第三弯月形负透镜的有效焦距f15满足-0.65f≤f15≤-0.6f，其中的f均为中波红外光学系统短焦时的焦距。优选的，第一弯月形正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜以及第三弯月形负透镜朝向像方一侧的表面均为偶次非球面；第一弯月形正透镜朝向像方一侧的表面满足面型方程：，其中的c1为第一弯月形正透镜朝向像方一侧表面的曲率，r1为第一弯月形正透镜的垂直于光轴方向的径向坐标，k1为第一弯月形正透镜朝向像方一侧表面的二次曲线常数，A1为第一弯月形正透镜朝向像方一侧表面的四阶非球面系数，B1为第一弯月形正透镜朝向像方一侧表面的六阶非球面系数，C1为第一弯月形正透镜朝向像方一侧表面的八阶非球面系数，D1为第一弯月形正透镜朝向像方一侧表面的十阶非球面系数；双凹负透镜朝向像方一侧的表面满足面型方程：，其中的c2为双凹负透镜朝向像方一侧表面的曲率，r2为双凹负透镜的垂直于光轴方向的径向坐标，k2为双凹负透镜朝向像方一侧表面的二次曲线常数，A2为双凹负透镜朝向像方一侧表面的四阶非球面系数，B2为双凹负透镜朝向像方一侧表面的六阶非球面系数，C2为双凹负透镜朝向像方一侧表面的八阶非球面系数，D2为双凹负透镜朝向像方一侧表面的十阶非球面系数；双凸正透镜朝向像方一侧的表面满足面型方程：，其中的c3为双凸正透镜朝向像方一侧表面的曲率，r3为双凸正透镜的垂直于光轴方向的径向坐标，k3为双凸正透镜朝向像方一侧表面的二次曲线常数，A3为双凸正透镜朝向像方一侧表面的四阶非球面系数，B3为双凸正透镜朝向像方一侧表面的六阶非球面系数，C3为双凸正透镜朝向像方一侧表面的八阶非球面系数，D3为双凸正透镜朝向像方一侧表面的十阶非球面系数；第三弯月形负透镜朝向像方一侧的表面满足面型方程：，其中的c4为第三弯月形负透镜朝向像方一侧表面的曲率，r4为第三弯月形负透镜的垂直于光轴方向的径向坐标，k4为第三弯月形负透镜朝向像方一侧表面的二次曲线常数，A4为第三弯月形负透镜朝向像方一侧表面的四阶非球面系数，B4为第三弯月形负透镜朝向像方一侧表面的六阶非球面系数，C4为第三弯月形负透镜朝向像方一侧表面的八阶非球面系数，D4为第三弯月形负透镜朝向像方一侧表面的十阶非球面系数。有益效果1.本专利技术通过第二平面反射镜的切入和切出实现窄视场和其他三个的视场的切换，第二平面反射镜切出后形成折反式系统，实现了长焦化，提高了对目标的探测、识别能力，适用于高空远距离侦察。解决了由于高质量、大口径的透红外材料很难熔炼，因此透射式红外光学系统难于实现长焦距、大口径的技术问题。2.通过双凹负透镜与第二弯月形负透镜固联设置，其在第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长焦距、大口径、多视场中波红外光学系统，其特征在于：包括相互平行分布的第一光轴和第二光轴，在第一光轴上沿由物方至像方的方向依次同轴设有次反射镜（1）、第一弯月形负透镜（2）、第一弯月形正透镜（3）以及主反射镜（4），在第二光轴上沿由物方至像方的方向依次同轴设有第二弯月形正透镜（7）、双凹负透镜（8）、双凸正透镜（9）、第二弯月形负透镜（10）以及第三弯月形正透镜（11）；主反射镜（4）的镜面朝向物方方向设置，在主反射镜（4）上开设有供光线由第一弯月形正透镜（3）向像方方向传播的中心孔（401）以及供光线由第三弯月形正透镜（11）向像方方向传播的旁孔（402），次反射镜（1）的镜面朝向像方方向设置，并用于将来自于主反射镜（4）的光线朝向第一弯月形负透镜（2）反射，双凹负透镜（8）和第二弯月形负透镜（10）固联设置并组成变焦镜组，变焦镜组设置在一个用于带动变焦镜组沿第二光轴轴向移动的第一切换执行机构上；在主反射镜（4）朝向像方的一侧设有垂直于第一光轴和第二光轴的第三光轴以及用于将来自于第一弯月形正透镜（3）的光线或来自于第三弯月形正透镜（11）的光线朝向沿第三光轴方向反射的反射镜组，在第三光轴上依次同轴设有成像面（16）、第三弯月形负透镜（15）以及第四弯月形正透镜（14），反射镜组包括第三平面反射镜（12）、用于将来自于第一弯月形正透镜（3）的光线朝向第三平面反射镜（12）反射的第一平面反射镜（5）、用于将来自于第三弯月形正透镜（11）的光线朝向第三平面反射镜（12）反射的第二平面反射镜（6）以及用于将来自于第三平面反射镜（12）的光线朝向第四弯月形正透镜（14）方向反射的第四平面反射镜（13），其中的第二平面反射镜（6）设置在第二切换执行机构上，第二切换执行机构用于将第二平面反射镜（6）切入第一平面反射镜（5）和第三平面反射镜（12）之间以阻挡来自于第一弯月形正透镜（3）的光线射向第三平面反射镜（12）并使来自于第三弯月形正透镜（11）的光线射向第三平面反射镜（12），或将第二平面反射镜（6）切出第一平面反射镜（5）和第三平面反射镜（12）之间以切断来自于第三弯月形正透镜（11）的光线射向第三平面反射镜（12）并使来自于第一弯月形正透镜（3）的光线射向第三平面反射镜（12）。...

【技术特征摘要】
1.一种长焦距、大口径、多视场中波红外光学系统，其特征在于：包括相互平行分布的第一光轴和第二光轴，在第一光轴上沿由物方至像方的方向依次同轴设有次反射镜（1）、第一弯月形负透镜（2）、第一弯月形正透镜（3）以及主反射镜（4），在第二光轴上沿由物方至像方的方向依次同轴设有第二弯月形正透镜（7）、双凹负透镜（8）、双凸正透镜（9）、第二弯月形负透镜（10）以及第三弯月形正透镜（11）；主反射镜（4）的镜面朝向物方方向设置，在主反射镜（4）上开设有供光线由第一弯月形正透镜（3）向像方方向传播的中心孔（401）以及供光线由第三弯月形正透镜（11）向像方方向传播的旁孔（402），次反射镜（1）的镜面朝向像方方向设置，并用于将来自于主反射镜（4）的光线朝向第一弯月形负透镜（2）反射，双凹负透镜（8）和第二弯月形负透镜（10）固联设置并组成变焦镜组，变焦镜组设置在一个用于带动变焦镜组沿第二光轴轴向移动的第一切换执行机构上；在主反射镜（4）朝向像方的一侧设有垂直于第一光轴和第二光轴的第三光轴以及用于将来自于第一弯月形正透镜（3）的光线或来自于第三弯月形正透镜（11）的光线朝向沿第三光轴方向反射的反射镜组，在第三光轴上依次同轴设有成像面（16）、第三弯月形负透镜（15）以及第四弯月形正透镜（14），反射镜组包括第三平面反射镜（12）、用于将来自于第一弯月形正透镜（3）的光线朝向第三平面反射镜（12）反射的第一平面反射镜（5）、用于将来自于第三弯月形正透镜（11）的光线朝向第三平面反射镜（12）反射的第二平面反射镜（6）以及用于将来自于第三平面反射镜（12）的光线朝向第四弯月形正透镜（14）方向反射的第四平面反射镜（13），其中的第二平面反射镜（6）设置在第二切换执行机构上，第二切换执行机构用于将第二平面反射镜（6）切入第一平面反射镜（5）和第三平面反射镜（12）之间以阻挡来自于第一弯月形正透镜（3）的光线射向第三平面反射镜（12）并使来自于第三弯月形正透镜（11）的光线射向第三平面反射镜（12），或将第二平面反射镜（6）切出第一平面反射镜（5）和第三平面反射镜（12）之间以切断来自于第三弯月形正透镜（11）的光线射向第三平面反射镜（12）并使来自于第一弯月形正透镜（3）的光线射向第三平面反射镜（12）。2.根据权利要求1所述的一种长焦距、大口径、多视场中波红外光学系统，其特征在于：第一平面反射镜（5）和第三平面反射镜（12）相互平行设置，第四平面反射镜（13）垂直于第一平面反射镜（5）和第三平面反射镜（12）设置。3.根据权利要求1所述的一种长焦距、大口径、多视场中波红外光学系统，其特征在于：次反射镜（1）的有效焦距f1满足-1.6f≤f1≤-1.4f；第一弯月形负透镜（2）的有效焦距f2满足-3.2f≤f2≤-2.8f；第一弯月形正透镜（3）的有效焦距f3满足4.0f≤f3≤4.5f；主反射镜（4）的有效焦距f4满足-4.37f≤f4≤-4.25f；第二弯月形正透镜（7）的有效焦距f7满足2....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海清，李同海，谈大伟，赵新亮，
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