[發明專利]共光路紅外雙波段共焦面變焦光學系統

有效

• 申請號: 201210484428.9
• 申請日: 2012-11-25
• 公開（公告）號: CN103197407A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 鄧鍵;吳輝;鐘小兵;龍波;鄭昌盛;陳代中;湯磊;張小川
• 申請（專利權）人: 西南技術物理研究所
• 主分類號: G02B15/163
• 分類號: G02B15/163;G02B1/00;G02B3/02;G02B27/00
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

技術領域??

????本發明涉及一種中、長波紅外兩個波段的光學設計。具體而言，本發明涉及一種使用透射元件的共光路共焦面且具有變焦功能的雙波段(3.7μm～4.8μm和7.7μm～10.3μm)的光學系統設計。

背景技術???

現有技術中采用的雙波段共光路設計主要是折反式系統、定焦的透射系統和采用光學補償的透射式雙視場光學系統，因為采用透射元件的雙波段共光路設計，波段間的色差和波段內色差較難同時消除，因此設計出長焦距小F數的變焦鏡頭難度較大(F#即為光圈數，是相對孔徑口徑與焦距之比的倒數，即F=f/D)；對于一些文獻公開的透射式雙波段共孔徑共焦面的光學系統，要么F數較大焦距較小，要么變倍結構復雜。

比如，中國文獻《光電子#激光》2004年第15卷第385～389頁刊載的《紅外雙波段消熱差系統設計》公開的光學鏡頭，其波段為中波和長波紅外（3.7μm?～4.8μm以及7.7～10.3μm），雖然實現了雙波段共光路共焦面設計，但該設計為一次成像結構，選用的材料為硫系玻璃的AMTIR1材料、鍺Germanium材料和硫化鋅ZNS材料，沒有實現變焦功能，且焦距較短，僅為61mm。雖然在該焦距范圍內較好的解決了中長波紅外兩個波段的色差并解決了熱差，但由于這幾種透鏡材料的消色差性能有限，難于用在更大焦距的光學系統中。

2008年刊登于SPIE?Vol.?6940的美國文獻《3rd?Generation?FLIR?Demonstrator》第69400U-1～69400U10頁公開的光學系統，雖然達到了中長波紅外雙波段共光路共焦面的變焦設計，但采用折反式系統，由離軸三反的反射式前置望遠鏡系統和透射式的后置成像物鏡系統組成，采用了雙F數設計，在最長焦時的F數為6，其他時候F數為3，通過在后置成像物鏡系統中采用徑向劃入劃出切換鏡組的方法實現變焦，F數6時的焦距為609.6mm，但在F數為3時僅為290mm。系統的最小焦距為53mm；系統在兩個F數變化時最大的變倍比為11.5倍。其透射系統采用了鍺Germanium材料、硫化鋅ZNS材料、硒化鋅ZNSE材料、氟化鋇BAF材料、砷化鎵GaAs材料、硫系玻璃AMTIR1材料和硫系玻璃GASIR材料，不僅種類繁多，而且材料搭配并不適合更大口徑的雙波段消色差設計；同時，前置離軸三反的反射式望遠光學系統與普通的透射系統相比，加工檢測和裝配較為困難，精度要求較高。

2010年刊登于SPIE?Vol.?7652第7652E-1～7652E-8頁的美國文獻《Optical?concepts?for?dual?band?infrared?continuous?zoom?lenses》實現了中長波紅外雙波段透射式二次成像的連續變焦結構，但采用的雙F數設計，在最長焦時的F數為6，此時焦距達到456mm。F數為3時的焦距最長為226mm，系統的最小焦距為72mm；系統在兩個F數變化時總的變倍比為6.3X；其光學材料采用了鍺、硫化鋅、硒化鋅、氟化鋇、砷化鎵等。由于這些材料在中長波紅外的兩個波段內性能差異較大，波段間的色差和波段內的色差難以有效抑制，表現為一個波段的成像質量好而另一個波段的成像質量有所下降，且該系統的變焦過程采用了三移動組形式，補償組在一次像面之后，后變倍組則需要在一次像面前后位置移動以實現系統的雙F數變化。該系統的不足之處在于結構較復雜，變倍過程繁瑣且像質不夠好。尤為重要的是，該光學系統F數較大，不利于高質量成像的需要。

發明內容????

本發明的目的是針對上述現有技術存在的不足之處，提供一種變倍結構簡單，F數恒定，變倍比較大，連續變焦焦距范圍寬，采用材料較少，并能有效消除兩個波段間色差和各自波段內色差的共光路紅外雙波段共焦面變焦光學系統。