一种双波段三视场红外光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双波段三视场红外光学系统，包括依次沿光路设置的红外物镜组、变倍透镜组、补偿透镜组、调焦透镜组、固定反射镜、场镜、第一汇聚透镜组、折转反射镜和第二汇聚透镜组；变倍透镜组包括中视场变倍透镜、宽视场变倍透镜，补偿透镜组包括中视场补偿透镜组、宽视场补偿透镜组，中视场变倍透镜、中视场补偿透镜组通过移入或移出光路实现中视场、窄视场的切换，宽视场变倍透镜、宽视场补偿透镜组通过移入或移出光路实现宽视场、窄视场的切换。该红外光学系统采用共孔径透射式设计，实现了中长波宽波段的三视场成像，提高了目标的识别效率，降低了虚警率；视场变换时透镜组到位精度高、到位时间短，视场切换速度快，控制简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三视场红外光学系统
，具体涉及一种双波段三视场红外光学 系统。
技术介绍
红外成像基于目标与背景辐射度的不同，通过被动接收目标和背景的辐射，经光 电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像。大气对红外辐射 的吸收，主要有三个重要的大气窗口，分布在0. 75-2. 5 μ m的近红外、3-5 μ m的中波红外和 8-14 μ m的长波红外三个波段范围内。传统的单波段成像技术从单元到线阵及焦平面的发 展已相当完善，但是单波段的红外探测有各自的局限性。例如在良好战场条件下，中波红外 图像目标背景对比度大，局部目标明显，中波红外热像仪在地面应用中优势凸显；然而在热 目标、燃烧物、烟雾、障碍物甚至寒冷天气等恶劣战场条件下长波红外热像仪具有较强的侦 察能力。因此，利用红外波段不同波长范围的光谱，可以有效剔除目标的伪装信息，提高目 标的探测与识别能力、识别速度，并降低系统的虚警率。 双波段成像系统通常可以用两种方式实现：一是用两个分别响应不同波段的探测 器，共物镜分光路的方式；二是用一个能响应两个波段的探测器共光路系统构成。由于受双 色红外探测器技术瓶颈的限制，目前大多数双波段红外成像系统为基于单色红外探测器的 分体式设计、部分共光路系统，增加了系统的体积、重量和尺寸。 红外光学系统是红外成像系统的重要组成部分，用于汇聚红外辐射能量、变焦、消 热、控制成像质量和把红外辐射能量聚焦到焦面上。单视场红外光学系统由于功能单一，实 际使用有所限制，难以满足现代红外光学系统的发展需求。三视场红外光学系统由于具有 大小不同三个视场，大视场可用于大范围搜索疑似目标，再进一步用中视场进行观察与识 另IJ，进而用小视场进行跟踪与瞄准，具有结构简单，视场切换时间短，成像质量高、简洁、实 用等优点，因而在现代红外光学系统中得到广泛应用。 现有技术中，CN103064184A公开了一种轴向变焦三视场红外光学系统，该红外光 学系统包括探测器、汇聚透镜组、折转反射镜组、固定反射镜组、补偿透镜组、变倍透镜组和 前组红外物镜，前组红外物镜、变倍透镜组、补偿透镜组和固定反射镜组依次共轴设置在探 测光路中，折转反射镜组设置在该探测光路中，汇聚透镜组设置在折转反射镜组的反射光 路上，各光学参数满足高斯光学计算，探测器设置在汇聚透镜组汇聚光路上，补偿透镜组和 变倍透镜组上设置有驱动电机，驱动电机用于驱动补偿透镜组和变倍透镜组进行轴向运动 实现宽、中、窄三视场轴向变换。该光学系统在保证光学系统高的光轴精度的同时，显著的 减小了系统的径向尺寸，但是补偿透镜组和变倍透镜组进行轴向运动需要前组红外物镜与 固定反射镜组之间保持一定的距离，使得系统轴向尺寸较大；同时该光学系统视场变换时 透镜组到位精度不高、到位时间长，视场切换速度慢，控制较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双波段三视场红外光学系统，实现中长波宽波段、三视 场的共孔径透射式设计，视场切换速度快，控制简单。 为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是： -种双波段三视场红外光学系统，包括依次沿光路设置的红外物镜组、变倍透镜 组、补偿透镜组、调焦透镜组、固定反射镜、场镜、第一汇聚透镜组、折转反射镜和第二汇聚 透镜组；所述变倍透镜组包括中视场变倍透镜、宽视场变倍透镜，所述补偿透镜组包括中视 场补偿透镜组、宽视场补偿透镜组，所述中视场变倍透镜、中视场补偿透镜组通过在红外物 镜组和调焦透镜组之间移入或移出光路实现中视场、窄视场的切换，所述宽视场变倍透镜、 宽视场补偿透镜组通过在红外物镜组和调焦透镜组之间移入或移出光路实现宽视场、窄视 场的切换。 沿光路设置是指沿光入射方向，即从物方到像方。 所述的双波段三视场红外光学系统，沿光路方向，在第二汇聚透镜组后方还设有 探测器。所述探测器为制冷型双色红外焦平面探测器。 本专利技术的双波段三视场红外光学系统中，红外物镜组、变倍透镜组、补偿透镜组、 调焦透镜组和固定反射镜共轴设置在探测光路上，场镜、第一汇聚透镜组、折转反射镜共轴 设置在固定反射镜的反射光路上，第二汇聚透镜组设置在折转反射镜的反射光路上；探测 器设置在第二汇聚透镜组的汇聚光路上。 本专利技术的双波段三视场红外光学系统，通过变倍透镜组和补偿透镜组的移入或移 出实现三视场的切换，具体为： 变倍透镜组和补偿透镜组均移出光路，入射光依次通过红外物镜组、调焦透镜组， 经固定反射镜反射后，依次通过场镜、第一汇聚透镜组，再经过折转反射镜反射，经第二汇 聚透镜组至探测器，形成窄视场光路； 中视场变倍透镜、中视场补偿透镜组移入光路，入射光依次通过红外物镜组、中视 场变倍透镜、中视场补偿透镜组、调焦透镜组，经固定反射镜反射后，依次通过场镜、第一汇 聚透镜组，再经过折转反射镜反射，经第二汇聚透镜组至探测器，形成中视场光路； 宽视场变倍透镜、宽视场补偿透镜组移入光路，入射光依次通过红外物镜组、宽视 场变倍透镜、宽视场补偿透镜组、调焦透镜组，经固定反射镜反射后，依次通过场镜、第一汇 聚透镜组，再经过折转反射镜反射，经第二汇聚透镜组至探测器，形成宽视场光路。 本专利技术的双波段三视场红外光学系统中，变倍透镜组和补偿透镜组的移入或移出 的方式可为插入或旋转切入。 所述调焦镜组实现了双波段三视场红外光学系统的温补调焦。 所述的双波段三视场红外光学系统，还包括驱动电机，所述驱动电机用于驱动中 视场变倍透镜、中视场补偿透镜组、宽视场变倍透镜、宽视场补偿透镜组移入或移出光路。 所述驱动电机设置在变倍透镜组和补偿透镜组上。 优选的，所述中视场变倍透镜为负透镜；所述中视场补偿透镜组由第一补偿透镜 和第二补偿透镜组成，第一补偿透镜为负透镜，第二补偿透镜为正透镜； 所述宽视场变倍透镜为负透镜；所述宽视场补偿透镜组由第三补偿透镜和第四补 偿透镜组成，第三补偿透镜为负透镜，第四补偿透镜为正透镜。 所述红外物镜组由第一红外物镜和第二红外物镜组成，第一红外物镜为正透镜， 第二红外物镜为负透镜；所述调焦透镜组由第一调焦透镜和第二调焦透镜组成，第一调焦 透镜为正透镜，第二调焦透镜为负透镜；所述场镜为正透镜；所述第一汇聚透镜组由第一 汇聚透镜和第二汇聚透镜组成，第一汇聚透镜为正透镜，第二汇聚透镜为负透镜；所述第二 汇聚透镜组为第三汇聚透镜，所述第三汇聚透镜为正透镜。 本专利技术的双波段三视场红外光学系统中，场镜的第一面、第一汇聚透镜组的第一 面（即第一汇聚透镜的第一面）、第二汇聚透镜组的第一面（即第三汇聚透镜的第一面）、 中视场变倍透镜的第一面、宽视场变倍透镜的第一面、第二补偿透镜的第一面、第四补偿透 镜的第一面为非球面，其余透镜的镜面均为球面。 优选的，第一红外物镜的材料为ZnSe (硒化锌），第二红外物镜、第一补偿透镜、第 三补偿透镜的材料为ZnS (硫化锌），第一调焦透镜、第二汇聚透镜、第三汇聚透镜、中视场 变倍透镜、第二补偿透镜、宽视场变倍透镜、第四补偿透镜的材料为硫系玻璃，第二调焦透 镜、场镜、第一汇聚透镜的材料为Ge (锗）。进一步优选的，第一调焦透镜、第二汇聚透镜、宽 视场变倍透镜的材料为硫系玻璃IG6,第三汇聚透镜、中视场变倍透镜、第二补偿透镜、第四 补偿透镜的材料为硫系玻璃IG4。 该红本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双波段三视场红外光学系统，其特征在于：包括依次沿光路设置的红外物镜组、变倍透镜组、补偿透镜组、调焦透镜组、固定反射镜、场镜、第一汇聚透镜组、折转反射镜和第二汇聚透镜组；所述变倍透镜组包括中视场变倍透镜、宽视场变倍透镜，所述补偿透镜组包括中视场补偿透镜组、宽视场补偿透镜组，所述中视场变倍透镜、中视场补偿透镜组通过在红外物镜组和调焦透镜组之间移入或移出光路实现中视场、窄视场的切换，所述宽视场变倍透镜、宽视场补偿透镜组通过在红外物镜组和调焦透镜组之间移入或移出光路实现宽视场、窄视场的切换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁瑞冰，兰卫华，白红涛，张良，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41