【
技術(shù)領(lǐng)域：
】本發(fā)明屬于光學(xué)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種集成紅外雙波段20x變焦光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：隨著紅外熱成像技術(shù)的迅速發(fā)展和使用環(huán)境日趨復(fù)雜，對變焦成像光學(xué)系統(tǒng)的探測范圍、探測同步性和實時性等性能提出的要求愈來愈高。相對于紅外單波段定焦、紅外單波段定點變焦以及單波段小變倍比變焦光學(xué)系統(tǒng)，雙波段甚至多波段連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢，可以擁有更多的觀察通道，在寬探測距離范圍內(nèi)有利于更迅速地發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，能夠獲得更全面的目標(biāo)信息，還可以實現(xiàn)短焦大視場連續(xù)搜索，長焦小視場精確觀察目標(biāo)。因此，紅外多波段連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)成為紅外技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的一個重要方向。此類系統(tǒng)具備多波段寬探測范圍內(nèi)檢測目標(biāo)的本領(lǐng)，可以同時檢測不同輻射波段的被測目標(biāo)，也能適應(yīng)煙霧干擾、晝夜交替、火山爆發(fā)等復(fù)雜惡劣的工作環(huán)境。目前國內(nèi)研究紅外雙波段變焦光學(xué)系統(tǒng)所采用的方法一般是設(shè)計出兩款單一輻射波段光學(xué)系統(tǒng)，然后將此兩款光學(xué)系統(tǒng)通過機械結(jié)構(gòu)組裝到同一個鏡筒中，最終實現(xiàn)雙波段變焦探測目標(biāo)的目的。此種系統(tǒng)一般通過采用雙光路切換來進行觀測、搜索目標(biāo)，面臨著切換時間長的問題。如果兩款單波段系統(tǒng)變倍比較大，會因為變焦范圍較寬和兩個系統(tǒng)的中心波長之間的差異，導(dǎo)致光路切換后，前后時刻系統(tǒng)探測距離發(fā)生變化而引起目標(biāo)丟失，系統(tǒng)可靠性將會降低。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種集成紅外雙波段20x變焦光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在連續(xù)變焦過程中，雙波段對應(yīng)焦距差值小于其焦深，雙波段目標(biāo)信息可以由同一系統(tǒng)接收，且不需要光路切換，解決了目前雙波段系統(tǒng)面臨的難題。為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種集成紅外雙波段20x變焦光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光軸方向依次設(shè)置的公共前固定組、能夠沿軸向移動的公共變倍組、公共補償組、公共后固定組以及用于反射長波紅外光、透射中波紅外光的分光棱鏡；分光棱鏡的反射光路上設(shè)置有中波紅外光后固定組，反射光由中波非制冷接收器件成像；分光棱鏡的透射光路上設(shè)置有長波紅外光后固定組，透射光由長波紅外非制冷接收器件成像。本發(fā)明進一步的改進在于：公共前固定組包括沿光軸方向依次設(shè)置的第一雙彎月正透鏡和第一雙彎月負透鏡，第一雙彎月負透鏡朝向物距面加有衍射非球面。第一雙彎月正透鏡由amtir1制成，第一雙彎月負透鏡由germanium制成。公共變倍組、公共補償組為沿光軸方向依次設(shè)置的第二雙彎月負透鏡、第一單凹負透鏡以及第一單凸正透鏡。第二雙彎月負透鏡、第一單凹負透鏡和第一單凸正透鏡均由germanium制成。中波紅外光后固定組包括沿分光棱鏡反射光路依次設(shè)置的第二雙彎月正透鏡和第三雙彎月正透鏡；其中，第二雙彎月正透鏡朝向物距的面加有衍射面。第二雙彎月正透鏡由germanium制成，第三雙彎月正透鏡由zns_broad制成。長波紅外光后固定組包括沿分光棱鏡透射光路依次設(shè)置的第四雙彎月正透鏡和第五雙彎月正透鏡；其中，第四雙彎月正透鏡朝向物距的面加有衍射面。第四雙彎月正透鏡由germanium制成，第五雙彎月正透鏡由zns_broad制成。分光棱鏡由germanium制成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：首先，本發(fā)明采用共口徑共變焦形式，在連續(xù)變焦過程中，隨公共變倍組以及公共補償組之間的補償移動，保證像面穩(wěn)定，實現(xiàn)中波紅外和長波紅外雙波段共口徑共變焦，保持f數(shù)以及視場變化一致，且無需進行光路轉(zhuǎn)換和重新搜索，大大減少了光學(xué)系統(tǒng)的反應(yīng)時間，不易丟失目標(biāo)；其次，本發(fā)明采用中雙波段光學(xué)系統(tǒng)在同一系統(tǒng)接收，復(fù)雜程度低，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，減輕成本負擔(dān)和加工難度，這對于實現(xiàn)系統(tǒng)的緊湊化、輕型化具有重要的現(xiàn)實意義；最后，本發(fā)明中波紅外與長波紅外雙波段對應(yīng)焦距差值控制在一個焦深范圍之內(nèi)，實現(xiàn)了中波紅外和長波紅外雙波段共焦，以及對被測目標(biāo)同步觀測、同步跟蹤、同步測量，便于后期圖像的融合?！靖綀D說明】圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明透鏡及透鏡面的示意圖。其中，l1-第一雙彎月正透鏡；l2-第一雙彎月負透鏡；l3-第二雙彎月負透鏡；l4-第一單凸面負透鏡；l5-第一單凸正透鏡；l6-第三雙彎月負透鏡；l7-第一組分光棱鏡；l8-第二雙彎月正透鏡；l9-第三雙彎月正透鏡；l10-第四雙彎月正透鏡；l11-第五雙彎月正透鏡?！揪唧w實施方式】下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：本發(fā)明由沿光軸從左到右依次設(shè)置的公共前固定組、公共變倍組、公共補償組、公共后固定組、用于反射中波紅外光和透射長波紅外光的分光棱鏡、分光棱鏡的透射光路上設(shè)置的長波紅外光后固定組、分光棱鏡反射光路上設(shè)置的中波紅外焦距補償組以及中波紅外光后固定組七部分組成，具體的：參見圖1，本發(fā)明沿光軸依次設(shè)置的公共前固定組、公共變倍組、公共補償組、公共后固定組以及用于反射中波紅外光、透射長波紅外光的分光棱鏡l7；分光棱鏡l7的透射光路上設(shè)置有長波紅外光后固定組，分光棱鏡l7的反射光路上設(shè)置有中波紅外焦距補償組和中波紅外光后固定組。分光棱鏡l7由germanium制成。公共前固定組包括沿光軸方向依次設(shè)置的第一雙彎月正透鏡l1和第二雙彎月負透鏡l2，第二雙彎月負透鏡l2朝向物距面加有衍射非球面；第一雙彎月正透鏡l1由amtir1制成，第二雙彎月負透鏡l2由germanium制成。公共變倍組包括沿光軸方向依次設(shè)置的第一雙彎月負透鏡l3和第一單凹負透鏡l4；第一雙彎月負透鏡l3由germanium制成；第一單凹負透鏡l4由germanium制成。公共補償組包括第一單凸面正透鏡l5；第一單凸面正透鏡l5由germanium制成。公共后固定組包括第三雙彎月負透鏡l6；第三雙彎月負透鏡l6由germanium制成。紅外雙波段共焦補償組和中波紅外后固定組包括分光棱鏡l7的反射光路依次設(shè)置的第二雙彎月正透鏡l8、第三雙彎月正透鏡l9；其中，第二雙彎月正透鏡l8朝向物距的面加有衍射面；第二雙彎月正透鏡l8由germanium制成，第三雙彎月正透鏡l9由zns_broad制成。長波紅外后固定組包括分光棱鏡l7的透射光路依次設(shè)置的第四雙彎月正透鏡l10、第五雙彎月正透鏡l11；其中，第四雙彎月正透鏡l10朝向物距的面加有衍射面；第四雙彎月正透鏡l10由germanium制成，第五雙彎月正透鏡l11由zns_broad制成。本發(fā)明的原理：本發(fā)明共口徑部分是由公共前固定組，公共變倍組，公共補償組和公共后固定組組成，且材料均能透過中波和長波紅外，其中amtir1、germanium、zns_broad三種材料物化性能較為穩(wěn)定，有利于降低寬波段產(chǎn)生的色差。變焦形式采用機械式正組補償形式，變焦比達到20x，系統(tǒng)變倍補償曲線光滑，雙波段共變焦。為了減輕公共部分系統(tǒng)像差負擔(dān)，所在公共前固定組第二片透鏡朝向物距面加有衍射非球面。中波紅外光后固定組第一片透鏡朝向物距的面加有衍射面。長波紅外光后固定組第一片透鏡朝向物距的面加有衍射面。采用焦距被動補償法，通過加入焦距補償組補償由波長不一致引起的焦距變化量，使雙波段的焦距差異小于焦深值。由于國內(nèi)目前滿足本發(fā)明的紅外雙色探測器產(chǎn)品極其缺乏，所以對本系統(tǒng)進行分光設(shè)置。本發(fā)明主要分為九個組元，分別為：公共前固定組、公共變倍組、公共補償組、公共后固定組、一組分光棱鏡、長波紅外光后固定組、中波紅外光后固定組以及相應(yīng)的焦距補償組。所述公共前固定組為一片雙彎月正透鏡和一片雙彎月負透鏡，所述公共變倍組為一片雙彎月負透鏡和一片單凹面負透鏡，公共補償組為一片單凸面正透鏡，所述公共后固定組為一片雙彎月負透鏡；第一組分光棱鏡反射中波紅外光，透射長波紅外光。公共前固定組為一片雙彎月正透鏡和一片雙彎月負透鏡，沿光軸方向材料依次為amtir1和germanium，其中第二片透鏡朝向物距面加有衍射非球面。公共變倍組為一片雙彎月負透鏡和一片單凹面負透鏡，材料均為germanium。公共補償組為一片單凸面正透鏡；沿光軸方向材料為germanium。公共后固定組為一片雙彎月負透鏡；沿光軸材料為germanium。第一組分光棱鏡，材料為germanium。長波紅外光后固定組包括兩片雙彎月正透鏡，沿光軸方向材料依次為germanium和zns_broad，其中第一片雙彎月正透鏡朝向物距的面加有衍射球面。中波紅外光后固定組包括兩片雙彎月正透鏡，沿光軸材料依次為germanium和zns_broad，其中第一片透鏡朝向物距的面加有衍射面。如圖2所示。為了更詳細說明，下面給出本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)：表1表示集成紅外雙波段20x變焦光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)(透鏡曲率、厚度、透鏡間隔及材料)；表1集成紅外雙波段20x變焦光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)表2表示與移動組份有關(guān)的數(shù)據(jù)(變倍組和補償組的移動量)；表2實施系統(tǒng)各組分移動間距(d2為前固定組與變倍組間距d4變倍組與補償組間距d6補償組與后固定組間距)短焦12/mm次短焦64.3/mm中焦121.9/mm次長焦182.7/mm長焦240/mmd21.829.146.662.072.2d4306.0110.057.526.46.0d620.8189.5224.5240.2250.5表3表示系統(tǒng)使用的非球面、衍射面數(shù)據(jù)。表3實施非球面和衍射面系數(shù)本發(fā)明的工作過程如下：在系統(tǒng)使用過程中，公共前固定組固定不動，公共變倍組通過沿軸向移動來改變中波和長波紅外的系統(tǒng)焦距，來提高變倍比，再利用凸輪機構(gòu)按照變焦曲線帶動公共補償組來抵消由焦距改變引起的像面移動，再經(jīng)棱鏡分光后，通過長波紅外光后固定組來補償共口徑部分所代入的像差，最終由長波非制冷接收器件成像，中波紅外光通過焦距補償組和中波后固定組來補償長波紅外和中波紅外之間的焦距差異以及共口徑部分代入的像差，使得中波紅外與長波紅外雙波段焦距差值小于系統(tǒng)最小焦深值，最后由中波紅外非制冷接收器件成像。在晝夜溫差較大、煙塵干擾、霧霾等惡劣環(huán)境下使用本雙波段共口徑共光路共連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)觀測目標(biāo)，通過共口徑部分，然后經(jīng)過分光由兩個探測器接收，實現(xiàn)對目標(biāo)進行短焦大視場搜索，長焦小視場仔細觀察，同時系統(tǒng)可以不需切換光路、重新對準(zhǔn)以及重新搜索目標(biāo)，而是直接鎖定被測目標(biāo)，再進行實時觀測、同步檢測、同步搜索與跟蹤，不易丟失目標(biāo)。以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12