[實用新型]非制冷長波紅外光學補償變焦光學系統

有效

• 申請號: 201720448575.9
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN206710691U
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 曲銳;曹劍中;武力;梅超
• 申請（專利權）人: 西安中科飛圖光電科技有限公司
• 主分類號: G02B15/15
• 分類號: G02B15/15
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 楊引雪

技術領域

本實用新型涉及光學變焦系統領域，具體涉及一種具有大相對孔徑，采用光學補償方式的非制冷長波紅外光學補償變焦光學系統。

背景技術

在同一光學系統中為了實現大小視場的兼容，需要進行變焦系統設計，現有的方式主要有機械補償和光學補償兩種方式。光學補償連續變焦系統是通過以相同的速度移動兩個或多個透鏡組來實現視場連續變換。在變焦過程中，變焦組的各組元同向等間距沿光軸移動，這種結構簡化了機械構造，有利于對視軸及其校準進行良好的控制，而且少了凸輪機構，可以減小了整機系統的外形尺寸、成本和重量，但相對于機械補償方式通過各組元非線性運動補償像面偏移而言，整個光學系統視場變換過程中，都需要通過變焦組各組元的線性等速聯動保證像面穩定，極大提高了光學補償變焦光學系統的設計難度。

現有的一些文獻資料公開的長波紅外光學補償變焦光學系統多針對制冷型長波紅外探測器所設計，而制冷型探測器高昂的成本極大的限制了其在低成本成像探測領域中的應用。

2008年,刊載于中國文獻《紅外技術》雜志，第30卷第4期，第210～213頁，題為《5×光學補償長波紅外連續變焦物鏡系統》，其中公開的光學鏡頭，工作波段為7.7～10.3μm，F/#為2，共采用了10片透鏡、3個非球面，實現了53mm～265mm五倍光學補償變焦，但該系統適用探測器類型為制冷型長波紅外探測器。

2011年，刊載于中國文獻《光學儀器》雜志，第33卷第3期，第53～56頁，題為《光學補償式長波紅外變焦系統設計》，公開了一種長波紅外光學補償變焦光學系統，工作波段為7.7～9.3μm，F/#為2，共采用了9片透鏡、2個非球面，實現了50mm～250mm五倍光學補償變焦，但適用探測器類型同樣為制冷型長波紅外探測器。

中國專利CN105676432A，公開了一種光學補償長波紅外連續變焦光學系統設計，工作波段為7.7～9.5μm，共采用了10片透鏡，實現了33mm～500mm十五倍光學補償變焦，F/#為3，同樣適配制冷型長波紅外探測器。另外，美國專利US7092150B1公開的光學補償長波紅外變焦光學系統也是針對制冷型探測器設計的。

非制冷長波紅外探測器靈敏度較低，若將上述現有設計應用于非制冷長波紅外成像，會存在相對孔徑小，成像靈敏度低等問題，無法滿足使用要求。若要提高整個光學系統靈敏度，則需要更大的相對口徑使得光學系統具有更高的像面照度。但是，隨著相對口徑增大，軸上點的像差(即球差)增大，以致難于校正，相應地將導致結構形式復雜化；視場愈大，軸外初級和高級像差增大，高級像差在像差中所占比重增大，給平衡像差造成困難。因此，設計出具有較小F數(F#即為光圈數，是入瞳口徑與焦距之比的倒數，即F＝f/D)的非制冷長波紅外光學補償變焦光學系統，以滿足低成本高可靠性紅外變焦成像探測的要求，可以更好地滿足市場需求，但困難較大。

實用新型內容

為解決現有技術中存在的問題，本實用新型提出了一種可以提高靈敏度、低成本、高可靠性、且具有較大相對孔徑的非制冷長波紅外光學補償變焦光學系統。

本實用新型解決上述問題的技術方案是：

非制冷長波紅外光學補償變焦光學系統，包括位置固定的前固定鏡組、中間固定鏡組、光闌和位置可調的后固定鏡組、變焦鏡組；前固定鏡組包括單片式第一正透鏡；中間固定鏡組包括第二正透鏡；后固定鏡組包括雙分離透鏡組，雙分離透鏡組主要由第三正透鏡和第四正透鏡組成；變焦鏡組包括第一負透鏡和第二負透鏡，所述第一負透鏡和第二負透鏡固定連接；第一正透鏡、第一負透鏡、第二正透鏡、第二負透鏡、光闌、第三正透鏡、第四正透鏡從物面到像面依次設置。光學系統在焦距變化的過程中系統總長不變。前固定鏡組、中間固定鏡組和像面的位置恒定；變焦鏡組的第一負透鏡和第二負透鏡中間間距也保持恒定。在變焦過程中，變焦鏡組在光軸上等距等速等方向前后聯動。在從寬視場向窄視場變化時，變焦鏡組往靠近像面方向一側平移；在從窄視場向寬視場變化時，變焦鏡組向物面方向一側移動。

進一步地，第二正透鏡和第三正透鏡靠近物面一側的面采用非球面，第一負透鏡靠近像面一側的面采用非球面，第二負透鏡靠近物面一側的面采用非球面。非球面的設計對光學系統像差校正有益，使整個光學補償連續變焦鏡頭的加工更加方便和簡單。