本發(fā)明屬于光學設備技術領域，涉及一種超短緊湊型大變倍比三視場紅外光學系統(tǒng)。

背景技術：

光電探測系統(tǒng)需要具有非常遠的作用距離和高分辨率成像性能，且要能滿足高集成性、小體積的要求。目前，紅外成像系統(tǒng)在導航、觀察、跟蹤等領域有著越來越廣泛的應用，而單視場紅外光學系統(tǒng)由于功能單一無法滿足現(xiàn)代紅外光學系統(tǒng)的發(fā)展需求，三視場紅外光學系統(tǒng)有大小不同三個視場，大視場可以用于大范圍搜索目標，中視場可以進一步觀察和識別，小視場可以進行精確的跟蹤與瞄準，在現(xiàn)代紅外光學系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。

紅外光學系統(tǒng)的變焦按照變焦過程中焦距是否連續(xù)變化可以分為兩類，連續(xù)變焦和非連續(xù)變焦。連續(xù)變焦是通過運動透鏡組光緒補償線性移動或機械補償非線性移動來實現(xiàn)焦距變化，能保持像面不變，但是在設計、材料選擇和冷屏匹配方面存在一定不足，并且這類系統(tǒng)軸向尺寸長，前部透鏡口徑大，裝調(diào)過程中保持像面清晰難度較大。

對于500mm焦距、大變倍比的光學系統(tǒng)，目前主要采用的是反射鏡折轉(zhuǎn)方式進行設計來保證系統(tǒng)的體積和重量要求，但由于采用了折轉(zhuǎn)方式，系統(tǒng)體積和重量仍然很大，而且折轉(zhuǎn)方式中反射鏡需要穿軸，增大了裝調(diào)難度。

緊湊型大變倍比光學鏡頭，通過大幅壓縮體積重量，節(jié)省光電轉(zhuǎn)塔安裝空間，為光電轉(zhuǎn)塔在有限空間內(nèi)安裝更多傳感器提供可能。

技術實現(xiàn)要素：

要解決的技術問題

為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種超短緊湊型大變倍比三視場紅外光學系統(tǒng)，通過大幅壓縮體積重量，節(jié)省光電轉(zhuǎn)塔安裝空間，為光電轉(zhuǎn)塔在有限空間內(nèi)安裝更多傳感器提供可能。

技術方案

一種超短緊湊型大變倍比三視場紅外光學系統(tǒng)，其特征在于包括物鏡組、固定鏡、會聚鏡組、大視場變倍鏡和大視場補償鏡、中視場變倍鏡和中視場補償鏡；所述物鏡組、固定鏡和會聚鏡組構(gòu)成小視場光路，物方到像方沿光軸路設有第一物鏡1、第二物鏡2、第三物鏡3、固定鏡4、光闌5、第一會聚透鏡6和第二會聚透7；在第三物鏡3與固定鏡之間的光軸路上依次移入大視場變倍鏡8和大視場補償鏡9，得到大視場光路；或在第三物鏡3與固定鏡之間的光軸路上依次移入中視場變倍鏡10、第一中視場補償鏡11和第二中視場補償鏡12，得到中視場光路；所述兩種視場的變倍鏡和補償鏡的移入或移出采用徑向擺臂機構(gòu)。

探測器至于第二會聚透7之后的光軸上，形成三視場紅外光學探測系統(tǒng)。

所述三視場紅外光學探測系統(tǒng)體積為150mm×127.6mm×127.6mm，光學系統(tǒng)的最大口徑為127.6mm。

所述探測器選用制冷型3um—5um中波探測器，F(xiàn)數(shù)：4，像元數(shù)：640*512，像元大?。?5um。

所述各個器件的材質(zhì)匹配為：所述第一物鏡1、第二物鏡2和第三物鏡3的材料為硅、鍺和硅，固定鏡4的材料為鍺，第一會聚鏡6的材料為氟化鈣，第二會聚鏡7的材料為硅，大視場變倍鏡8的材料為鍺，大視場補償鏡9的材料為硅，中視場變倍鏡10的材料為硅，第一中視場補償鏡11的材料為鍺和第二中視場補償鏡12的材料為硅。

所述小視場光路的焦距為500mm，各個器件的參數(shù)匹配為：

所述中視場光路的焦距為120mm，各個器件的參數(shù)匹配為：

所述大視場光路的焦距為35mm，各個器件的參數(shù)匹配為：

有益效果

本發(fā)明提出的一種超短緊湊型大變倍比三視場紅外光學系統(tǒng)，包括沿光路依次設置的物鏡組、固定鏡、會聚鏡組，物鏡組包括第一物鏡1、第二物鏡2和第三物鏡3，物鏡組與固定鏡4之間設置有大視場變倍鏡8和大視場補償鏡9、中視場變倍鏡10、第一中視場補償鏡11以及第二中視場補償鏡12，變倍鏡組和補償鏡組能夠移入光路而形成中視場光路和大視場光路。本發(fā)明的大變倍比三視場紅外光學系統(tǒng)的無反射鏡折轉(zhuǎn)在超短系統(tǒng)空間中實現(xiàn)了光學系統(tǒng)的大變倍比，并通過徑向擺臂切換模式實現(xiàn)三個視場之間的方便轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明的三視場紅外光學系統(tǒng)采用攝遠光學設計，并通過徑向擺臂切換模式實現(xiàn)三個視場之間的方便轉(zhuǎn)換，通過會聚鏡組來保證相應的調(diào)焦功能，實現(xiàn)了大變倍比結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕。本發(fā)明采用二次成像系統(tǒng)減小前端物鏡尺寸，保持系統(tǒng)冷光闌效率為100％。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的超短緊湊型大變倍比三視場紅外光學系統(tǒng)原理圖；

圖2是本發(fā)明的光學裝置的三視場紅外光學系統(tǒng)窄視場光路圖；

圖3是本發(fā)明的光學裝置的三視場紅外光學系統(tǒng)中視場光路圖；

圖4是本發(fā)明的光學裝置的三視場紅外光學系統(tǒng)寬視場光路圖；

1-第一物鏡，2-第二物鏡，3-第三物鏡，4-固定鏡，5-光闌，6-，7-，8-大視場變倍鏡，9-大視場補償鏡，10-中視場變倍鏡，11-第一中視場補償鏡，12-第二中視場補償鏡，13-探測器。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：

如圖1-4所示，本發(fā)明的光學裝置包括三視場紅外光學系統(tǒng)，三視場紅外光學系統(tǒng)包括沿光軸依次順序設置的物鏡組、變倍鏡組、補償鏡組、固定鏡4、光闌5、會聚鏡組和探測器13，其中物鏡組由依次設置的第一物鏡1、第二物鏡2及第三物鏡3。

變倍鏡組包括大視場變倍鏡8和中視場變倍鏡10組成，補償鏡組包括大視場補償鏡9和第一中視場補償鏡11、第二中視場補償鏡12組成。

大視場變倍鏡8和大視場補償鏡9設置在第三物鏡3和固定鏡4之間，采用徑向擺臂機構(gòu)移入或移出。

中視場變倍鏡10、第一中視場補償鏡11和第二中視場補償鏡12依次設置在第三物鏡3和固定鏡4之間，采用徑向擺臂機構(gòu)移入或移出。

光闌5和會聚鏡組依次順序設置在固定鏡4和探測器之間，光闌5靠近固定鏡4設置，會聚鏡組靠近探測器設置，會聚鏡組由第一會聚透鏡6和第二會聚透7并列同軸設置組成。物鏡組、中視場變倍鏡10、第一中視場補償鏡11和第二中視場補償鏡12、固定鏡4、光闌5、會聚鏡組和探測器13共同構(gòu)成了該光學系統(tǒng)的大視場光路。物鏡組、大視場變倍鏡8、大視場補償鏡9、固定鏡4、光闌5、會聚鏡組和探測器13共同構(gòu)成了該光學系統(tǒng)的中視場光路。本實施例中，探測器為制冷型紅外焦平面探測器。

所述徑向擺臂機構(gòu)設置在物鏡組與固定鏡之間。

當處于小視場狀態(tài)下時，徑向擺臂機構(gòu)控制物鏡組與固定鏡之間無鏡片，當處于中視場狀態(tài)下時，徑向擺臂機構(gòu)控制物鏡組與固定鏡之間有大視場變倍鏡8和大視場補償鏡9，當處于大視場狀態(tài)下時，徑向擺臂機構(gòu)控制物鏡組與固定鏡之間有中視場變倍鏡10和第一中視場補償鏡11以及第二中視場補償鏡12。

變倍鏡組的透鏡與補償鏡組的透鏡在光路軸線構(gòu)成的平面上的呈直線型。變倍鏡組和補償鏡組均能夠沿光路徑向方向旋轉(zhuǎn)，從而能夠移出或者移入由物鏡組、固定鏡組、會聚鏡組構(gòu)成的光路，變倍鏡組和補償鏡組移入該光路后，即構(gòu)成了大視場或者中視場光路，移出該光路后，即構(gòu)成了小視場光路。

本實施例中，小視場光路的焦距為500mm，中視場光路的焦距為120mm，大視場光路的焦距為35mm，光學系統(tǒng)的最大口徑為127.6mm，光學系統(tǒng)的體積為150mm×127.6mm×127.6mm。

本實施例中，小視場使用6片透鏡、中視場使用8片透鏡、大視場使用9片透鏡，實現(xiàn)了大變倍比緊湊型的三視場光路的搭建。

本實施例中，探測器選用制冷型3um—5um中波探測器，F(xiàn)數(shù)：4，像元數(shù)：640*512，像元大?。?5um。

上述各光學組件共引入了七個非球面，通過較少的透鏡數(shù)量實現(xiàn)了校正像差、提高像質(zhì)的作用。具體參數(shù)和材料如表1-3所示。

表1小視場光學系統(tǒng)組成及參數(shù)

表2中視場光學系統(tǒng)組成及參數(shù)

表3大視場光學系統(tǒng)組成及參數(shù)

本實施例的光學裝置在使用時，首先使用大視場光路對目標進行探測，這時通過徑向擺臂將中視場變倍鏡10、第一中視場補償鏡11和第二中視場補償鏡12切入光路，形成大視場光路，光線經(jīng)過大視場光路在制冷型紅外焦平面探測器上成像，然后通過中小視場光路對目標進行識別，通過徑向擺臂將中視場變倍鏡10、第一中視場補償鏡11和第二中視場補償鏡12切出光路，同時將大視場變倍鏡8和大視場補償鏡9切入光路形成中視場光路，光線經(jīng)過中視場光路在探測器上成像，利用小視場對目標進行識別時，通過徑向擺臂將大視場變倍鏡8和大視場補償鏡9，中視場變倍鏡10、第一中視場補償鏡11和第二中視場補償鏡12都切出光路即可利用小視場光路進行識別。

在本發(fā)明的光學裝置的其他實施例中，變倍鏡組、調(diào)焦鏡組、補償鏡組、會聚鏡組、固定鏡組的透鏡的數(shù)量可以視具體需要而設置。

在其他實施例中，光學系統(tǒng)可以不包括光闌。

本發(fā)明的三視場紅外光學系統(tǒng)的實施例與上述光學裝置的實施例中的三視場紅外光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完全一致，此處不再一一贅述。另外，上述光學裝置的實施例中的各種三視場紅外光學系統(tǒng)的替代方式也適用于本發(fā)明的三視場紅外光學系統(tǒng)的實施例。