一種緊湊型切換式三視場中波紅外光學系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明公開了一種緊湊型切換式Ξ視場中波紅外光學系統，設及紅外熱成像技術 領域。
【背景技術】
[0002] 紅外熱成像的應用領域通常需要紅外光學系統能夠同時提供高放大倍率的小視 場圖像和低放大倍率的大視場圖像W完成系統對目標的捜索、瞄準和跟蹤功能。兩檔或多 檔變焦紅外光學系統簡捷而實用，雙視場紅外光學系統的大視場或低放大倍率模式可用于 觀察大的景物區域、捜索疑似目標，小視場或高放大倍率模式可用于仔細觀察或放大目標， 對目標進行識別、跟蹤與瞄準。當大視場和小視場之間焦距變倍比比較大時，在兩個視場中 間加入一個過渡視場，則可W對大視場和小視場起到一個很好的補充作用。
[0003] 目前紅外Ξ視場光學系統的變倍方式有Ξ種:徑向切入、旋轉變倍和軸向變倍。軸 向變倍采用變倍鏡和補償鏡的相對位置移動實現多視場變換，旋轉變倍方式采用不同變倍 鏡組旋轉切換來實現多視場的轉換；W上兩種方式往往造成光學系統的軸向尺寸過長，為 壓縮系統軸向長度常在系統后部增加一片或兩片反射鏡折疊光路，無疑會增加系統復雜程 度及裝調難度。徑向切入方式采用不同變倍組徑向切換實現Ξ視場的轉換，可W有效壓縮 光學系統的軸向長度，縮短視場切換時間。
[0004] 無人機是當前應用開發的熱點，無人機可W搭載可見光相機或紅外熱像儀進行航 拍。熱像儀通過探測物體本身發出的紅外線，對景物溫度分布進行成像，提供了比可見光更 多的信息，可用于夜視巡航、捜尋救援、設備巡檢、農林牧漁等。無人機搭載熱像儀要求紅外 光學系統重量輕、體積緊湊、成像優良、視場切換時間短。為此本發明提供一種重量輕、結構 緊湊、切換式Ξ視場中波紅外光學系統。

【發明內容】

[0005] 本發明所要解決的技術問題是:針對現有技術的缺陷，提供一種緊湊型切換式Ξ 視場中波制冷紅外光學系統，利用二次成像原理壓縮光學系統軸向尺寸，采用徑向切入切 出變倍鏡組，實現Ξ視場光學系統視場的轉換。本發明中光學系統軸向尺寸緊湊，避免了增 加反射鏡折疊光路，同時窄視場具有最高的光軸精度和最高的光學透過率，且視場切換時 間短。本發明軸向尺寸緊湊，重量輕，適用于無人機等對載荷重量、體積要求較高的場所，保 證光學系統仍具有長焦距、Ξ視場、成像質量優良的特點。
[0006] 本發明為解決上述技術問題采用W下技術方案：
[0007] 本發明中，設定光學系統光學總長為Τ，系統在小視場狀態的焦距為fn，中繼透鏡 組G2 的放大率為m，則T/fη<0.35，-4<m<-2。
[000引從物方到像方依次由前透鏡組Gl、中繼透鏡組G2、大視場轉換透鏡組G3及中視場 轉換透鏡組G4，其中前透鏡組G1、中繼透鏡組G2被大、中、小Ξ個視場狀態共用。
[0009]其中，前透鏡組G1由第一至第Ξ透鏡組成，第一、Ξ透鏡具有正光焦度且凸面彎向 物方的彎月形透鏡，第二透鏡為具有負光焦度的彎月形透鏡；
[0010] 中繼透鏡組G2由第屯至第九透鏡組成，Ξ個透鏡分別具有正光焦度；
[0011] 大視場轉換透鏡組G3由第四至第六透鏡組成，第四、六透鏡具有負光焦度，第五透 鏡具有正光焦度；
[0012] 中視場轉換透鏡組G4由第十Ξ至第十五透鏡組成，第十Ξ、十五透鏡具有負光焦 度，第十四透鏡具有正光焦度；
[0013]本發明所述的中波紅外Ξ視場光學系統，其工作波段為3um~5um，視場分別為 1.2°x0.9°，5°x4°，17°xl4°，系統在Ξ個視場狀態下的焦距與各自入瞳孔徑比值，亦即系統 F數為4;可用于像素15皿大小的中波制冷探測器；
[0014]本發明所述光學系統中每個透鏡的材料為單晶錯、娃、硫化鋒或砸化鋒；
[0015] 本發明的原理:前透鏡組G1與中繼透鏡組G2兩者構成窄視場光路，目標的福射光 通過前透鏡組G1成一次實像，通過中繼透鏡組G2再次成像到中波制冷紅外探測器的祀面 上，即二次成像，W實現100%冷屏效率，同時有效縮小前組鏡片的口徑，進一步的還可W縮 短系統軸向尺寸。
[0016] 當大視場轉換透鏡組G3打入G1、G2所形成的小視場光路時，實現小視場到大視場 光路的變換；
[0017] 當中視場轉換透鏡組G4打入G1、G2所形成的小視場光路時，實現小視場到中視場 光路的變換。
[0018]本發明采用W上技術方案與現有技術相比，具有W下技術效果：
[0019] 1.本發明采用切換方式實現Ξ視場中波紅外系統，通過合理使用不同紅外材料， 并借助非球面及衍射面實現光學系統軸向尺寸短、結構緊湊、成像質量好、長焦距的特點；
[0020] 2.本發明實現系統光學總長T與系統小視場狀態的焦距fn比值T/fn< 0.35;
[0021 ] 3.本發明分視場狀態的焦距值與各自入瞳孔徑的比值，即系統F數為4;
[0022] 4.通過使用二次成像不僅實現100%冷光闊效率，壓縮前組鏡片的尺寸，進一步的 可W有效縮短光學系統的軸向長度尺寸。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明所采用的大、中、小Ξ個視場切換示意圖；
[0024]圖2為本發明的光學系統在大視場工作狀態下的結構示意圖；
[0025]圖3為本發明的光學系統在中視場工作狀態下的結構示意圖；
[0026]圖4為本發明的光學系統在小視場工作狀態下的結構示意圖；
[0027]圖5為本發明的光學系統在大視場工作狀態下的光學傳遞函數曲線圖；
[0028]圖6為本發明的光學系統在中視場工作狀態下的光學傳遞函數曲線圖；
[0029]圖7為本發明的光學系統在小視場工作狀態下的光學傳遞函數曲線圖；
[0030]其中：G1至G4分別為前透鏡組、中繼透鏡組、大視場轉換透鏡組和中視場轉換透鏡 組;S1至S18、S23至S28分別為光學系統中各個視場內的光線接觸面，S19、S20為中波紅外探 測器保護窗前后表面，S21為中波紅外探測器冷屏，S22為中波紅外探測器祀面；1-9分別是 組成該光學系統的第一至第九透鏡，13-15分別為第十至十二透鏡，10為中波紅外探測器保 護窗玻璃，11為中波紅外探測器冷屏，12為中波紅外探測器祀面。
【具體實施方式】
[0031] 下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0032]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明：
[0033]本發明的光學系統在大、中、小視場工作狀態下的結構示意圖分別如圖2、圖3、圖4 所示，本發明所采用的大、中、小Ξ個視場切換示意圖如圖1所示。
[0034] 從物方到像方依次由前透鏡組G1、中繼透鏡組G2、大視場轉換透鏡組G3及中視場 轉換透鏡組G4，其中前透鏡組G1、中繼透鏡組G2為大、中、小Ξ個視場狀態共用。
[0035] 其中，前透鏡組G1由第一至第Ξ透鏡組成，第一、Ξ透鏡具有正光焦度且凸面彎向 物方的彎月形透鏡，第二透鏡為具有負光焦度的彎月形透鏡；
[0036] 中繼透鏡組G2由第屯至九透鏡組成，Ξ個透鏡分別具有正光焦度；