一种中间像面移动变倍方式双视场红外光学系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种中间像面移动变倍方式双视场红外光学系统，其主要技术特征在于：系统由前固定组（７）、变倍组（８）和后固定组（９）四片透镜组成，变倍组（８）能在中间像面前后沿轴向移动，分别与前固定组（７）构成物镜组或与后固定组（９）构成中继组，实现窄、宽视场的切换，既改变了中间像面的位置，又改变了系统的焦距，并确保系统像面保持稳定不变，成像质量接近衍射限。该系统为二次成像光学结构，便于与制冷型焦平面探测器相匹配，并能压缩第一物镜的口径，结构紧凑，体积小，透镜数量少，透过率高，质量轻，成本低，灵敏度高，既实现了搜索（宽视场）和瞄准（窄视场）的功能，又满足了系统小型化、轻型化的要求。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种中间像面移动变倍方式双视场红外光学系统
本专利技术涉及一种光学系统，主要用于军用或民用红外探测器双视场红外成像系 统。
技术介绍
红外光学系统是整个红外热成像系统中不可缺少的部分，其主要功能在于收集 目标辐射的红外能量和控制成像质量。早期的红外光学系统通常是以单光轴单视场(仅 能实现瞄准或搜索功能)工作，功能单一，发展受限。随着红外热成像技术的发展，要 求红外光学系统具有高质量，多功能的特点，满足对特定的视场范围内同时进行瞄准和 搜索的要求，出现了双视场红外光学系统。传统方法设计的双视场红外光学系统是通过 两种方式实现一是依靠切入/切出变倍组透镜来实现(如图1所示)，传统的切入/切 出式双视场红外光学系统，由物镜组1，变倍组3、4和中继组2组成。当变倍组3、4切 出光路时，构成窄视场系统，当变倍组3、4切入光路时，构成宽视场系统。二是通过轴 向移动变倍组透镜来实现(如图2所示)，传统的轴向移动式双视场红外光学系统，由物 镜组1，变倍组5，后固定组6和中继组2组成。当变倍组5前移，构成窄视场系统，当 变倍组5后移，构成宽视场系统。可以看出这两种光学系统结构较复杂，尺寸大，透镜 数量多，质量重，成本高，透过率低，难以在保持红外系统成像质量的同时，满足小型 化、轻型化的要求。
技术实现思路
本专利技术解决的主要技术问题是根据现有的双视场红外光学系统存在的不足， 提供一种新的仅由四片透镜构成的中间像面移动变倍方式双视场红外光学系统，可以获 得结构简单的双视场切换功能，实现搜索(宽视场)和瞄准(窄视场)功能，满足红外系 统小型化、轻型化的要求。本专利技术的技术方案是光学系统由前固定组、变倍组和后固定组四片折射透镜 组成。本专利技术的工作原理景物目标的辐射光线经过前固定组和变倍组构成的物镜组后 会聚，形成中间像面，此时，后固定组对中间像面进行二次成像，实现窄视场系统。景 物目标的辐射光线经过前固定组后会聚，形成中间像面，此时，变倍组和后固定组构成 的中继组对中间像面进行二次成像，实现宽视场系统。系统窄视场时的有效焦距与宽视 场时的有效焦距之比就是该光学系统的变倍比。本专利技术通过实际试用证明光学结构简单，尺寸小，透镜数量减少，重量减轻 约45%，成本节省约50%，透过率增加约10%，在实现搜索(宽视场8.25° X6.3° )和 瞄准(窄视场2.75° Χ2.Γ )功能的同时，满足系统小型化、轻型化的要求。该光学系 统完全满足各种红外系统的使用技术要求。附图说明图1，是已有的切入/切出式双视场红外光学系统图。图2，是已有的轴向移动式双视场红外光学系统图。图3，是本专利技术的光学系统图。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术进行详细描述。参照图3，本专利技术的具体技术方案是光学系统由新的前固定组7、变倍组8和 后固定组9四片透镜组成。参照图3，通过变倍组8沿轴向前移到中间像面前面，与前固定组7构成物镜， 实现窄视场；通过变倍组8沿轴向后移到中间像面后面，与后固定组9构成中继组，实现 宽视场；从而实现窄、宽视场的切换参照图3，考虑到该光学系统的环境适应性，前固定组7透镜可选用硅材料制 作，亦可选用锗材料或硒化锌材料制作，为了在恶劣环境下(如沙尘暴、盐雾侵蚀等)工 作，第一面可镀类金刚石等超硬膜层来保护。参照图3，红外系统变倍方式采用变倍组8在中间像面前、后作轴向平移实现变 倍，同时实现调焦和热补偿的功能。参照图3，整个光学系统在材料选择方面，透镜可选用价格低廉，且容易获得的 常用红外材料硅或锗(Ge)制作。参照图3，系统为二次成像光学结构，便于与制冷型焦平面探测器相匹配。参照图3，系统的特点是①通过变倍组8沿轴向前移到中间像面前面，与前 固定组7构成物镜组，实现窄视场；通过变倍组8沿轴向后移到中间像面后面，与后固 定组9构成中继组，实现宽视场；从而实现窄、宽视场的切换，既改变了中间像面的位 置，又改变了系统的焦距，并确保系统像面保持稳定不变，成像质量接近衍射限；②仅 需要一个机电装置和移动变倍组8就能够实现双视场切换功能，变倍组8仅在中间像面 前、后的两个位置有效。变倍组8不仅具有变倍功能，还具有近距离调焦，环境温度 变化的温度补偿功能，当光学系统工作在恶劣环境下或者观察不同距离的目标时，光学 系统像面会移动，造成成像变得模糊，此时微量移动变倍组可以解决问题；③光学透镜 少，仅使用四片透镜，确保系统透过率高，质量轻，体积小；④系统结构紧凑，尺寸 短，系统总长约130_;⑤采用二次成像光学结构，便于与制冷型焦平面探测器相匹 配，确保冷屏效率达100%。总之，本专利技术通过在中间像面前、后沿轴向移动一组变倍 透镜，巧妙的实现了单光路双视场的变换，有效的减少了透镜的片数，简化了系统的结 构，实现了小型化、轻型化的要求。本专利技术的主要光学性能参数如下权利要求1.一种中间像面移动变倍方式双视场红外光学系统，其特征在于由前固定组(7)、 变倍组(8)和后固定组(9)四片折射透镜组成，变倍组(8)沿轴向前移到中间像面前面， 与前固定组(7)构成物镜组，实现窄视场；变倍组(8)沿轴向后移到中间像面后面，与后 固定组(9)构成中继组，实现宽视场。2.根据权利要求1所述的中间像面移动变倍方式双视场红外光学系统，其特征在于 透镜用硅或锗材料制作。3.根据权利要求1或2所述的中间像面移动变倍方式双视场红外光学系统，其特征在 于前固定组(7)透镜用硒化锌材料制作。专利摘要本技术涉及一种中间像面移动变倍方式双视场红外光学系统，其主要技术特征在于系统由前固定组(7)、变倍组(8)和后固定组(9)四片透镜组成，变倍组(8)能在中间像面前后沿轴向移动，分别与前固定组(7)构成物镜组或与后固定组(9)构成中继组，实现窄、宽视场的切换，既改变了中间像面的位置，又改变了系统的焦距，并确保系统像面保持稳定不变，成像质量接近衍射限。该系统为二次成像光学结构，便于与制冷型焦平面探测器相匹配，并能压缩第一物镜的口径，结构紧凑，体积小，透镜数量少，透过率高，质量轻，成本低，灵敏度高，既实现了搜索(宽视场)和瞄准(窄视场)的功能，又满足了系统小型化、轻型化的要求。文档编号G02B15/16GK201812081SQ20102026096公开日2011年4月27日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日专利技术者吴诚, 朱继航, 李萍, 陈吕吉, 马琳 申请人:昆明物理研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中间像面移动变倍方式双视场红外光学系统，其特征在于：由前固定组（７）、变倍组（８）和后固定组（９）四片折射透镜组成，变倍组（８）沿轴向前移到中间像面前面，与前固定组（７）构成物镜组，实现窄视场；变倍组（８）沿轴向后移到中间像面后面，与后固定组（９）构成中继组，实现宽视场。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈吕吉，吴诚，马琳，朱继航，李萍，
申请(专利权)人：昆明物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：53[中国|云南]