專利名稱：一種中間像面移動(dòng)變倍方式雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種中間像面移動(dòng)變倍方式雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，主要用于軍用或民用紅外探測器雙視場紅外成像系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]紅外光學(xué)系統(tǒng)是整個(gè)紅外熱成像系統(tǒng)中不可缺少的部分，其主要功能在于收集 目標(biāo)輻射的紅外能量和控制成像質(zhì)量。早期的紅外光學(xué)系統(tǒng)通常是以單光軸單視場(僅 能實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)或搜索功能)工作，功能單一，發(fā)展受限。隨著紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展，要 求紅外光學(xué)系統(tǒng)具有高質(zhì)量，多功能的特點(diǎn)，滿足對特定的視場范圍內(nèi)同時(shí)進(jìn)行瞄準(zhǔn)和 搜索的要求，出現(xiàn)了雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)。傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)是通過 兩種方式實(shí)現(xiàn)一是依靠切入/切出變倍組透鏡來實(shí)現(xiàn)(如圖1所示)，傳統(tǒng)的切入/切 出式雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，由物鏡組1，變倍組3、4和中繼組2組成。當(dāng)變倍組3、4切 出光路時(shí)，構(gòu)成窄視場系統(tǒng)，當(dāng)變倍組3、4切入光路時(shí)，構(gòu)成寬視場系統(tǒng)。二是通過軸 向移動(dòng)變倍組透鏡來實(shí)現(xiàn)(如圖2所示)，傳統(tǒng)的軸向移動(dòng)式雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，由物 鏡組1，變倍組5，后固定組6和中繼組2組成。當(dāng)變倍組5前移，構(gòu)成窄視場系統(tǒng)，當(dāng) 變倍組5后移，構(gòu)成寬視場系統(tǒng)。可以看出這兩種光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，尺寸大，透鏡 數(shù)量多，質(zhì)量重，成本高，透過率低，難以在保持紅外系統(tǒng)成像質(zhì)量的同時(shí)，滿足小型 化、輕型化的要求。發(fā)明內(nèi)容[0003]本發(fā)明解決的主要技術(shù)問題是根據(jù)現(xiàn)有的雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)存在的不足， 提供一種新的僅由四片透鏡構(gòu)成的中間像面移動(dòng)變倍方式雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，可以獲 得結(jié)構(gòu)簡單的雙視場切換功能，實(shí)現(xiàn)搜索(寬視場)和瞄準(zhǔn)(窄視場)功能，滿足紅外系 統(tǒng)小型化、輕型化的要求。[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是光學(xué)系統(tǒng)由前固定組、變倍組和后固定組四片折射透鏡 組成。本發(fā)明的工作原理景物目標(biāo)的輻射光線經(jīng)過前固定組和變倍組構(gòu)成的物鏡組后 會(huì)聚，形成中間像面，此時(shí)，后固定組對中間像面進(jìn)行二次成像，實(shí)現(xiàn)窄視場系統(tǒng)。景 物目標(biāo)的輻射光線經(jīng)過前固定組后會(huì)聚，形成中間像面，此時(shí)，變倍組和后固定組構(gòu)成 的中繼組對中間像面進(jìn)行二次成像，實(shí)現(xiàn)寬視場系統(tǒng)。系統(tǒng)窄視場時(shí)的有效焦距與寬視 場時(shí)的有效焦距之比就是該光學(xué)系統(tǒng)的變倍比。[0005]本發(fā)明通過實(shí)際試用證明光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，透鏡數(shù)量減少，重量減輕 約45%，成本節(jié)省約50%，透過率增加約10%，在實(shí)現(xiàn)搜索(寬視場8.25° X6.3° )和 瞄準(zhǔn)(窄視場2.75° Χ2.Γ )功能的同時(shí)，滿足系統(tǒng)小型化、輕型化的要求。該光學(xué)系 統(tǒng)完全滿足各種紅外系統(tǒng)的使用技術(shù)要求。


[0006]圖1，是已有的切入/切出式雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)圖。[0007]圖2，是已有的軸向移動(dòng)式雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)圖。[0008]圖3，是本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施方式
[0009]
以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。[0010]參照圖3，本發(fā)明的具體技術(shù)方案是光學(xué)系統(tǒng)由新的前固定組7、變倍組8和 后固定組9四片透鏡組成。[0011]參照圖3，通過變倍組8沿軸向前移到中間像面前面，與前固定組7構(gòu)成物鏡， 實(shí)現(xiàn)窄視場；通過變倍組8沿軸向后移到中間像面后面，與后固定組9構(gòu)成中繼組，實(shí)現(xiàn) 寬視場；從而實(shí)現(xiàn)窄、寬視場的切換[0012]參照圖3，考慮到該光學(xué)系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性，前固定組7透鏡可選用硅材料制 作，亦可選用鍺材料或硒化鋅材料制作，為了在惡劣環(huán)境下(如沙塵暴、鹽霧侵蝕等)工 作，第一面可鍍類金剛石等超硬膜層來保護(hù)。[0013]參照圖3，紅外系統(tǒng)變倍方式采用變倍組8在中間像面前、后作軸向平移實(shí)現(xiàn)變 倍，同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)焦和熱補(bǔ)償?shù)墓δ?。[0014]參照圖3，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在材料選擇方面，透鏡可選用價(jià)格低廉，且容易獲得的 常用紅外材料硅或鍺(Ge)制作。[0015]參照圖3，系統(tǒng)為二次成像光學(xué)結(jié)構(gòu)，便于與制冷型焦平面探測器相匹配。[0016]參照圖3，系統(tǒng)的特點(diǎn)是①通過變倍組8沿軸向前移到中間像面前面，與前 固定組7構(gòu)成物鏡組，實(shí)現(xiàn)窄視場；通過變倍組8沿軸向后移到中間像面后面，與后固 定組9構(gòu)成中繼組，實(shí)現(xiàn)寬視場；從而實(shí)現(xiàn)窄、寬視場的切換，既改變了中間像面的位 置，又改變了系統(tǒng)的焦距，并確保系統(tǒng)像面保持穩(wěn)定不變，成像質(zhì)量接近衍射限；②僅 需要一個(gè)機(jī)電裝置和移動(dòng)變倍組8就能夠?qū)崿F(xiàn)雙視場切換功能，變倍組8僅在中間像面 前、后的兩個(gè)位置有效。變倍組8不僅具有變倍功能，還具有近距離調(diào)焦，環(huán)境溫度 變化的溫度補(bǔ)償功能，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)工作在惡劣環(huán)境下或者觀察不同距離的目標(biāo)時(shí)，光學(xué) 系統(tǒng)像面會(huì)移動(dòng)，造成成像變得模糊，此時(shí)微量移動(dòng)變倍組可以解決問題；③光學(xué)透鏡 少，僅使用四片透鏡，確保系統(tǒng)透過率高，質(zhì)量輕，體積小；④系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸 短，系統(tǒng)總長約130_;⑤采用二次成像光學(xué)結(jié)構(gòu)，便于與制冷型焦平面探測器相匹 配，確保冷屏效率達(dá)100%?？傊?，本發(fā)明通過在中間像面前、后沿軸向移動(dòng)一組變倍 透鏡，巧妙的實(shí)現(xiàn)了單光路雙視場的變換，有效的減少了透鏡的片數(shù)，簡化了系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了小型化、輕型化的要求。[0017]本發(fā)明的主要光學(xué)性能參數(shù)如下[0018]
權(quán)利要求1.一種中間像面移動(dòng)變倍方式雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于由前固定組(7)、 變倍組(8)和后固定組(9)四片折射透鏡組成，變倍組(8)沿軸向前移到中間像面前面， 與前固定組(7)構(gòu)成物鏡組，實(shí)現(xiàn)窄視場；變倍組(8)沿軸向后移到中間像面后面，與后 固定組(9)構(gòu)成中繼組，實(shí)現(xiàn)寬視場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中間像面移動(dòng)變倍方式雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于 透鏡用硅或鍺材料制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中間像面移動(dòng)變倍方式雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在 于前固定組(7)透鏡用硒化鋅材料制作。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種中間像面移動(dòng)變倍方式雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，其主要技術(shù)特征在于系統(tǒng)由前固定組(7)、變倍組(8)和后固定組(9)四片透鏡組成，變倍組(8)能在中間像面前后沿軸向移動(dòng)，分別與前固定組(7)構(gòu)成物鏡組或與后固定組(9)構(gòu)成中繼組，實(shí)現(xiàn)窄、寬視場的切換，既改變了中間像面的位置，又改變了系統(tǒng)的焦距，并確保系統(tǒng)像面保持穩(wěn)定不變，成像質(zhì)量接近衍射限。該系統(tǒng)為二次成像光學(xué)結(jié)構(gòu)，便于與制冷型焦平面探測器相匹配，并能壓縮第一物鏡的口徑，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，透鏡數(shù)量少，透過率高，質(zhì)量輕，成本低，靈敏度高，既實(shí)現(xiàn)了搜索(寬視場)和瞄準(zhǔn)(窄視場)的功能，又滿足了系統(tǒng)小型化、輕型化的要求。
文檔編號G02B15/16GK201812081SQ20102026096
公開日2011年4月27日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者吳誠, 朱繼航, 李萍, 陳呂吉, 馬琳 申請人:昆明物理研究所