本发明专利技术提出的一种中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，旨在提供一种能够在-45℃~60℃实现光学被动消热差和焦距从60mm到150mm连续变化的适用于中红外波段的变焦光学结构。本发明专利技术通过以下述技术方案予以实现：在镜筒光学系统中，物面（10）与前固定镜组（8）之间设置有一热压氟化镁MgF2材料的球罩（9）；中间固定镜组（6）设置在所述变焦镜组（7）间距保持不变的负透镜（701）和负透镜（702）之间，该两镜片负透镜以固联在镜筒上的电机作为驱动源，通过齿轮-导轨机构驱动变焦镜组在光学系统光轴方向前后直线移动，沿光轴方向前后移动实现连续变焦，变焦镜组与前固定镜组、中间固定镜组和后固定镜组（5）共同构成完整的成像系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种主要用于中波红外波段的消热差连续变焦光学系统。具体而言，本专利技术涉及一种使用光学补偿连续变焦且具有光学被动消热差功能的光学系统。
技术介绍
光学仪器在较大温度范围内使用时，镜筒材料、光学材料的热胀冷缩以及光学材料的温度折射率系数会使镜头光焦度发生变化，产生离焦现象，而镜筒材料的热胀冷缩也会造成光学系统离焦，使成像质量下降。为了降低温度变化对红外光学系统成像质量的影响，需要进行无热化设计，或称为消热差设计，即通过一定的机械、光学及电子等技术，补偿因温度变化产生的离焦，使红外光学系统在一个变化范围较大的温度区间内保持成像质量的稳定。目前的消热差方式主要有:机电主动式消热差、机械被动式消热差和光学被动式消热差。其中，光学被动式消热差是通过合理分配光焦度和光学材料，在温度变化时实现焦面位置与镜筒长度变化的匹配，从而在规定温度范围内保证镜头的成像质量。在同一光学系统中为了实现大小视场的兼容，需要进行变焦系统设计，主要有基于光学补偿和机械补偿的两种方式。前者的变焦镜组间距固定，在变焦过程中同时同向等速运动，不同的运动位置对应不同的焦距。但由于变焦镜组的间距不变，无法补偿变焦过程中的像差平衡等问题，其焦距变化过程离散，变焦镜组仅能移动到少数几个位置时成清晰像，而不能像机械补偿式变焦系统那样能通过变焦镜组和补偿组在轴上按不同速率和方向的运动实现连续变焦。美国专利US3294471公开了一种基于光学补偿原理的光学镜头，该光学镜头通过适当的变焦镜组的间距实现了连续变焦，但其设计的使用范围仅为可见光波段，没有考虑光学被动消热差，在不同温度环境下的使用中需要通过人工或机械调焦以解决成像清晰度的问题。美国专利No7092150也公开了一种技术方案大致相同的中波红外光学系统，通过光学补偿的内变焦原理实现了连续变焦，但该方案同样没有实现无热化设计。2008年刊载于中国文献《红外技术》杂志，第30卷第4期，第210 213页，名称为《5X光学补偿长波红外连续变焦物镜系统》，其中公开的光学镜头，波段为长波红外(如7.7 10.3 μ m)，也是通过确定适当的变焦镜组间距实现了光学补偿变焦原理的连续变焦，但同样没有实现光学被动消热差功能，在温度有较大变化时需要人工或机械调焦。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种变焦方式简单，能自动适应环境温度变化的中红外波段无热化连续变焦光学系统。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供的一种中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，包括:在镜筒光学系统中，从物面10到焦面I依次排列固联的球罩9、前固定镜组8、变焦镜组7和后固定镜组5，其特征在于:所述物面10与所述前固定镜组8之间设置有一热压氟化镁MgF2材料的球罩9 ;中间固定镜组6设置在所述变焦镜组7间距保持不变的负透镜701和负透镜702之间，该两镜片负透镜701、702以固联在镜筒上的电机作为驱动源，通过齿轮-导轨机构驱动变焦镜组在光学系统光轴方向前后直线移动，沿光轴方向前后移动实现连续变焦，在向长焦变化时，变焦镜组7朝向焦面I 一侧运动；在向短焦变化时,变焦镜组7朝向物面10—侧运动，运动过程中焦距连续变化，并与前固定镜组8、中间固定镜组6和后固定镜组5共同构成完整的成像系统。为消热差和色差,每块透镜需满足以下条件:权利要求1.一种中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，在镜筒光学系统中，包括:从物面10到焦面I依次排列固联的球罩(9)、前固定镜组(8)、变焦镜组(7)和后固定镜组(5)，其特征在于:所述物面(10)与所述前固定镜组(8)之间设置有一热压氟化镁MgF2材料的球罩(9 );中间固定镜组(6 )设置在所述变焦镜组(7 )间距保持不变的负透镜(701)和负透镜(702)之间，该两镜片负透镜(701、702)以固联在镜筒上的电机作为驱动源，通过齿轮-导轨机构驱动变焦镜组在光学系统光轴方向前后直线移动，沿光轴方向前后移动实现连续变焦，在向长焦变化时，变焦镜组(7)朝向焦面I 一侧运动；在向短焦变化时，变焦镜组(7)朝向物面(10) —侧运动，运动过程中焦距连续变化，并与前固定镜组(8)、中间固定镜组(6)和后固定镜组(5)共同构成完整的成像系统。2.如权利要求1所述的中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，其特征在于，所述中间固定镜组(6)和后固定组(5)靠近物面(10)的一侧为非球面。3.如权利要求1所述的中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，其特征在于，所述的前固定镜组(8)是由采用娃(Silicon)材料的正透镜(801)和锗Germanium材料的负透镜(802)组成的两片式透镜组。4.如权利要求1或3所述的中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，其特征在于，为消热差和色差，所述前固定镜组(8)由采用色散系数V 所选透镜材料中较大，折射率/温度系数dn/dT为所选透镜材料中适中，线膨胀系数a i为所选透镜材料中较小的硅Silicon材料的正透镜(801)和色散系数Vi为所选透镜材料中较小，折射率/温度系数dn/dT为所选透镜材料中较大,线膨胀系数a j为所选透镜材料中较小的锗Germanium材料的负透镜(802)组成。5.如权利要求1所述的中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，其特征在于，变焦镜组(7)由两个负透镜组成，其中负透镜(701)为锗Germanium材料；负透镜(702)为硅材料。6.如权利要求1或5所述的中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，其特征在于，为消热差和色差，所述变焦镜组由采用色散系数Vi为所选透镜材料中较小，折射率/温度系数dn/dT为所选透镜材料中较大，线膨胀系数α为所选透镜材料中1较小的锗Germanium材料的负透镜(701)和色散系数v ,较大，折射率/温度系数dn/dT为所选透镜材料中适中，线膨胀系数a i为所选透镜材料中较小的硅Silicon材料的负透镜(702)组成。7.如权利要求1所述的中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，其特征在于，为消热差和色差，所述中间固定镜组(6)采用了色散系数ViS所选透镜材料中适中，折射率/温度系数dn/dT为所选透镜材料中较小，线膨胀系数a i为所选透镜材料中较大的硒化锌ZnSe材料的正透镜，其中靠近物面一侧的面为高次非球面。8.如权利要求1所述的中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，其特征在于，为消热差和色差，所述后固定镜组(5)为采用色散系数ViS所选透镜材料中较大，折射率/温度系数dn/dT为所选透镜材料中适中，线膨胀系数a i为所选透镜材料中较小的硅Si I i con材料的正透镜，其中靠近物面(I) 一侧的面为高次非球面。全文摘要本专利技术提出的一种中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，旨在提供一种能够在-45℃~60℃实现光学被动消热差和焦距从60mm到150mm连续变化的适用于中红外波段的变焦光学结构。本专利技术通过以下述技术方案予以实现在镜筒光学系统中，物面(10)与前固定镜组(8)之间设置有一热压氟化镁MgF2材料的球罩(9)；中间固定镜组(6)设置在所述变焦镜组(7)间距保持不变的负透镜(701)和负透镜(702)之间，该两镜片负透镜以固联在镜筒上的电机作为驱动源本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种中红外波段消热差光学补偿连续变焦光学系统，在镜筒光学系统中，包括：从物面10到焦面1依次排列固联的球罩（9）、前固定镜组（8）、变焦镜组（7）和后固定镜组（5），其特征在于：所述物面（10）与所述前固定镜组（8）之间设置有一热压氟化镁MgF2材料的球罩（9）；中间固定镜组（6）设置在所述变焦镜组（7）间距保持不变的负透镜（701）和负透镜（702）之间，该两镜片负透镜（701、702）以固联在镜筒上的电机作为驱动源，通过齿轮?导轨机构驱动变焦镜组在光学系统光轴方向前后直线移动，沿光轴方向前后移动实现连续变焦，在向长焦变化时，变焦镜组（7）朝向焦面1一侧运动；在向短焦变化时，变焦镜组（7）朝向物面（10）一侧运动，运动过程中焦距连续变化，并与前固定镜组（8）、中间固定镜组（6）和后固定镜组（5）共同构成完整的成像系统。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邓键，龙波，钟小兵，陈代中，汤磊，童静，张小川，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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