【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电，涉及一种红外光学系统。具体而言，本专利技术涉及一种中波红外波段，具有大相对孔径，可适配制冷型红外探测器，能实现连续变焦功能的紧凑型连续变焦光学系统。
技术介绍
1、近年来，各类光电平台工作环境变得更加复杂，任务需求更加多样，对可实现远距离、多波段、高精度成像探测的光电系统提出了新的要求。而且，在载荷小型化、轻量化、低功耗和低成本(size,weight and power with cost,swap&c)的要求下，提高有效载荷的功能密度是必由之路，对紧凑型中波制冷红外连续变焦光学系统提出了迫切需求。
2、现有的一些文献资料公开的紧凑型中波制冷红外连续变焦光学系统多为两动组或三动组机械补偿变焦形式，均存在或体积包络大，或镜片数量多，或无法实现更大变倍比，或无法实现大相对孔径，或成本高昂，或系统复杂等问题，因此，设计出紧凑型中波制冷红外连续变焦光学系统，满足轻小型低成本高可靠性红外变焦成像探测的要求，难度较大。
3、中国专利cn103389570a公开了一种f数恒定为2，可在焦距10mm～300mm范围内连续变焦的中波红外连续变焦光学系统，光学系统中共含八个镜头和四个可移动镜组，通过各动组两两固联前后移动实现变焦，使得光学系统变得复杂，无法实现小型化。
4、中国专利cn 209044173u公开了一种制冷型中波红外连续变焦光学系统，共采用八片透镜和两个动组，焦距变化范围为25mm～300mm，f数为4，适用于分辨率640×512，像元尺寸15μm红外热像仪，冷屏效率1
5、相较于传统的两动组变焦方案，采用三动组的设计方案增加了光学系统的复杂程度和制造成本，也降低了镜头的可靠性。如，针对工作波段为3.7～4.8μm，相对孔径为1/4，阵列640×480或640×512，像元尺寸15μm的中波红外用途：公开号为cn110794555b的中国专利公开了一种焦距范围为30～300mm的光学镜头，其长焦比为0.46，共采用了八片透镜和三个移动镜组；公开号为cn116482847a的中国专利公开了一种焦距范围为15～300mm的光学镜头，其长焦比为0.46，共采用了六片透镜和三个移动镜组；中国专利cn 111443472 a也公开了一种焦距范围16～325mm的光学镜头，共采用了五片透镜和三个移动镜组。以色列ophir、rp lab等公司提供的相应产品也都采用了上述类似方案。
6、针对工作波段为3.7～4.8μm，相对孔径为1/5.5，阵列640×480或640×512，像元尺寸15μm的中波红外用途：公开号为cn113960775b的中国专利公开一了种焦距范围18～290mm，共采用了七片透镜和三个移动镜组；授权号为cn106526818b的中国专利公开了一种焦距范围22.4mm～687.5mm，也是采用了七片透镜和三个移动镜组；申请号为cn112363305a的中国专利公开了一种焦距为14～140mm，镜头总长为60.7mm的中波红外变焦光学系统，共采用六片透镜和两个移动镜组；该类技术方案虽然实现光学系统的小型化，但无法应用于相对孔径1/4或更大的光学系统。
7、中国专利cn110850566b，公开了一种制冷型中波红外连续变焦光学系统，采用八片透镜和两个动组，焦距变化范围为15mm～300mm，f数为4，适用于分辨率640×512，像元尺寸15μm红外热像仪，第一光学面至最后一透镜光学面轴上长度仅为110mm，实现了光学系统的紧凑化，但所述系统的前固定镜组为两片式双分离结构，口径较大，极大地增加了镜头成本和重量。2020年，刊载于中国期刊《光学学报》第40卷第2期，题为《高变倍比小型化的中波红外光学系统设计》的文献采用了类似的方案，实现了12～360mm范围的连续变焦。此外，中国专利cn110703421a公开了一种采用扩束镜组+前固定镜组+变倍组+补偿组+后固定镜组+中继镜组，六组七片式结构，实现了21mm～420mm范围的连续变焦，虽可以通过更换不同的扩束镜组实现不同焦段范围的切换，但光学系统在脱离扩束镜组后，无法正常成像；同时，扩束镜组位于镜头前段，为双分离结构，也极大地增加了镜头本身的重量和成本。2021年，刊载于中国期刊《红外技术》第43卷第12期，题为《机载小型化中波红外连续变焦光学系统设计》也采用了类似方案，实现了15～330mm焦距范围的连续变焦，不同的是，为了压缩光学系统总长，采用了三动组的变焦方式，进一步增加了光学系统的复杂度。
8、另外，如中国专利cn116482847a、cn115268042a、cn205263387u、cn116165785a等也都公开了多种中波红外连续变焦光学系统实现方案，均具有复杂的光学结构，无法实现光学系统的小型化。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种体积小巧，结构紧凑，能够实现变焦功能，适配制冷型探测器，且具有小焦距长度比(焦长比)的光学系统，尤其是中波红外波段的光学系统。
2、为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、一种中波制冷红外连续变焦光学系统，其特殊之处是，包括探测器组件、中继镜组、后固定镜组、补偿镜组、变倍镜组及前固定镜组；所述前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组、后固定镜组、中继镜组沿光轴依次排列，所述探测器组件位于中继镜组的像方侧；所述变倍镜组、补偿镜组均可以沿光轴方向直线移动，实现连续变焦；所述后固定镜组3可以沿光轴方向移动，实现离焦补偿；所述前固定镜组、补偿镜组、后固定镜组、中继镜组均具有正光焦度，所述变倍镜组具有负光焦度；所述补偿镜组包括第二负透镜、第二正透镜；所述第二负透镜具有负光焦度，与后固定镜组相邻；所述第二正透镜具有正光焦度，与变倍镜组相邻；设补偿镜组位于长焦位置时的放大倍率为m4，m4满足如下条件：
4、1.1<|m4|<2.6。
5、上述探测器组件包括探测器焦面、探测器冷阑、探测器窗口；所述探测器焦面、探测器冷阑、探测器窗口依次沿光轴排列，所述探测器窗口与中继镜组相邻。
6、上述前固定镜组为单片式弯月形正透镜结构，设前固定镜组的焦距为f6，光学系统长焦端的焦距为fl，fl和f6满足以下条件：4.0<|fl/f6|<8.6。
7、上述变倍镜组为单片式负透镜结构，设变倍镜组位于长焦位置时的放大倍率为m5，m5满足如下条件：1.1<|m5|<2.8。
8、上述后固定镜组为单片式正透镜结构，设后固定镜组的焦距为f3，设由所述前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组和后固定镜组构成的前组在长焦位置的焦距为ffnov，焦距f3满足如下条件：9.5<|ffnov/f3|<27。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，包括探测器组件(1)、中继镜组(2)、后固定镜组(3)、补偿镜组(4)、变倍镜组(5)及前固定镜组(6)；
2.根据权利要求1所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述探测器组件(1)包括探测器焦面(101)、探测器冷阑(102)、探测器窗口(103)；
3.根据权利要求1所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述前固定镜组(6)为单片式弯月形正透镜结构，设前固定镜组(6)的焦距为f6，光学系统长焦端的焦距为fL，fL和f6满足以下条件：
4.根据权利要求3所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述变倍镜组(5)为单片式负透镜结构，设变倍镜组位于长焦位置时的放大倍率为m5，m5满足如下条件：
5.根据权利要求4所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述后固定镜组(3)为单片式正透镜结构，设后固定镜组(3)的焦距为f3，设由所述前固定镜组(6)、变倍镜组(5)、补偿镜组(4)和后固定镜组(3)构成的前组在长焦位置的焦距为ffnov，焦距f3满足如
6.根据权利要求5所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述中继镜组(2)为单透镜结构，设中继镜组(2)的放大倍率为m2，m2满足以下条件：
7.根据权利要求1至6任一所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述前固定镜组(6)、变倍镜组(5)、补偿镜组(4)、后固定镜组(3)、中继镜组(2)采用硅、锗或硫系玻璃材料。
8.根据权利要求7所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述中继镜组(2)可通过驱动机构，沿光轴方向移动，对在不同温度或不同工作距条件下产生的离焦进行主动调焦补偿。
9.根据权利要求8所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，|fL/f6|＝5.5，|m5|＝2.02，|m4|＝1.73，|ffnov/f3|＝17.07，|m2|＝3.44。
10.根据权利要求9所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述变倍镜组(5)和补偿镜组(4)通过齿轮-导轨机构、凸轮-套筒机构或凸轮-导轨机构，同步沿光轴方向相向或相背移动，实现连续变焦；所述探测器组件(1)与中继镜组(2)之间设置有滤光片，用于获得对应谱段的光学影像。
...【技术特征摘要】
1.一种中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，包括探测器组件(1)、中继镜组(2)、后固定镜组(3)、补偿镜组(4)、变倍镜组(5)及前固定镜组(6)；
2.根据权利要求1所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述探测器组件(1)包括探测器焦面(101)、探测器冷阑(102)、探测器窗口(103)；
3.根据权利要求1所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述前固定镜组(6)为单片式弯月形正透镜结构，设前固定镜组(6)的焦距为f6，光学系统长焦端的焦距为fl，fl和f6满足以下条件：
4.根据权利要求3所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述变倍镜组(5)为单片式负透镜结构，设变倍镜组位于长焦位置时的放大倍率为m5，m5满足如下条件：
5.根据权利要求4所述的中波制冷红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述后固定镜组(3)为单片式正透镜结构，设后固定镜组(3)的焦距为f3，设由所述前固定镜组(6)、变倍镜组(5)、补偿镜组(4)和后固定镜组(3)构成的前组在长焦位置的焦距为ffnov，焦距f3满足如下条件：
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：曲锐，张洪伟，王华伟，陈卫宁，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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