本發(fā)明涉及光學(xué)變焦系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種具有大相對(duì)孔徑，采用光學(xué)補(bǔ)償方式的非制冷長(zhǎng)波紅外光學(xué)補(bǔ)償變焦光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在同一光學(xué)系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)大小視場(chǎng)的兼容，需要進(jìn)行變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)，現(xiàn)有的方式主要有機(jī)械補(bǔ)償和光學(xué)補(bǔ)償兩種方式。光學(xué)補(bǔ)償連續(xù)變焦系統(tǒng)是通過(guò)以相同的速度移動(dòng)兩個(gè)或多個(gè)透鏡組來(lái)實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)連續(xù)變換。在變焦過(guò)程中，變焦組的各組元同向等間距沿光軸移動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了機(jī)械構(gòu)造，有利于對(duì)視軸及其校準(zhǔn)進(jìn)行良好的控制，而且少了凸輪機(jī)構(gòu)，可以減小了整機(jī)系統(tǒng)的外形尺寸、成本和重量，但相對(duì)于機(jī)械補(bǔ)償方式通過(guò)各組元非線性運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償像面偏移而言，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)變換過(guò)程中，都需要通過(guò)變焦組各組元的線性等速聯(lián)動(dòng)保證像面穩(wěn)定，極大提高了光學(xué)補(bǔ)償變焦光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。

現(xiàn)有的一些文獻(xiàn)資料公開(kāi)的長(zhǎng)波紅外光學(xué)補(bǔ)償變焦光學(xué)系統(tǒng)多針對(duì)制冷型長(zhǎng)波紅外探測(cè)器所設(shè)計(jì)，而制冷型探測(cè)器高昂的成本極大的限制了其在低成本成像探測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

2008年,刊載于中國(guó)文獻(xiàn)《紅外技術(shù)》雜志，第30卷第4期，第210～213頁(yè)，題為《5×光學(xué)補(bǔ)償長(zhǎng)波紅外連續(xù)變焦物鏡系統(tǒng)》，其中公開(kāi)的光學(xué)鏡頭，工作波段為7.7～10.3μm，f/#為2，共采用了10片透鏡、3個(gè)非球面，實(shí)現(xiàn)了53mm～265mm五倍光學(xué)補(bǔ)償變焦，但該系統(tǒng)適用探測(cè)器類型為制冷型長(zhǎng)波紅外探測(cè)器。

2011年，刊載于中國(guó)文獻(xiàn)《光學(xué)儀器》雜志，第33卷第3期，第53～56頁(yè)，題為《光學(xué)補(bǔ)償式長(zhǎng)波紅外變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，公開(kāi)了一種長(zhǎng)波紅外光學(xué)補(bǔ)償變焦光學(xué)系統(tǒng)，工作波段為7.7～9.3μm，f/#為2，共采用了9片透鏡、2個(gè)非球面，實(shí)現(xiàn)了50mm～250mm五倍光學(xué)補(bǔ)償變焦，但適用探測(cè)器類型同樣為制冷型長(zhǎng)波紅外探測(cè)器。

中國(guó)專利cn105676432a，公開(kāi)了一種光學(xué)補(bǔ)償長(zhǎng)波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工作波段為7.7～9.5μm，共采用了10片透鏡，實(shí)現(xiàn)了33mm～500mm十五倍光學(xué)補(bǔ)償變焦，f/#為3，同樣適配制冷型長(zhǎng)波紅外探測(cè)器。另外，美國(guó)專利us7092150b1公開(kāi)的光學(xué)補(bǔ)償長(zhǎng)波紅外變焦光學(xué)系統(tǒng)也是針對(duì)制冷型探測(cè)器設(shè)計(jì)的。

非制冷長(zhǎng)波紅外探測(cè)器靈敏度較低，若將上述現(xiàn)有設(shè)計(jì)應(yīng)用于非制冷長(zhǎng)波紅外成像，會(huì)存在相對(duì)孔徑小，成像靈敏度低等問(wèn)題，無(wú)法滿足使用要求。若要提高整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)靈敏度，則需要更大的相對(duì)口徑使得光學(xué)系統(tǒng)具有更高的像面照度。但是，隨著相對(duì)口徑增大，軸上點(diǎn)的像差(即球差)增大，以致難于校正，相應(yīng)地將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜化；視場(chǎng)愈大，軸外初級(jí)和高級(jí)像差增大，高級(jí)像差在像差中所占比重增大，給平衡像差造成困難。因此，設(shè)計(jì)出具有較小f數(shù)(f#即為光圈數(shù)，是入瞳口徑與焦距之比的倒數(shù)，即f＝f/d)的非制冷長(zhǎng)波紅外光學(xué)補(bǔ)償變焦光學(xué)系統(tǒng)，以滿足低成本高可靠性紅外變焦成像探測(cè)的要求，可以更好地滿足市場(chǎng)需求，但困難較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明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(duì)孔徑的非制冷長(zhǎng)波紅外光學(xué)補(bǔ)償變焦光學(xué)系統(tǒng)。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：

非制冷長(zhǎng)波紅外光學(xué)補(bǔ)償變焦光學(xué)系統(tǒng)，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(diào)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(fù)透鏡和第二負(fù)透鏡，所述第一負(fù)透鏡和第二負(fù)透鏡固定連接；第一正透鏡、第一負(fù)透鏡、第二正透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第三正透鏡、第四正透鏡從物面到像面依次設(shè)置。光學(xué)系統(tǒng)在焦距變化的過(guò)程中系統(tǒng)總長(zhǎng)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(fù)透鏡和第二負(fù)透鏡中間間距也保持恒定。在變焦過(guò)程中，變焦鏡組在光軸上等距等速等方向前后聯(lián)動(dòng)。在從寬視場(chǎng)向窄視場(chǎng)變化時(shí)，變焦鏡組往靠近像面方向一側(cè)平移；在從窄視場(chǎng)向?qū)捯晥?chǎng)變化時(shí)，變焦鏡組向物面方向一側(cè)移動(dòng)。

進(jìn)一步地，第二正透鏡和第三正透鏡靠近物面一側(cè)的面采用非球面，第一負(fù)透鏡靠近像面一側(cè)的面采用非球面，第二負(fù)透鏡靠近物面一側(cè)的面采用非球面。非球面的設(shè)計(jì)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)像差校正有益，使整個(gè)光學(xué)補(bǔ)償連續(xù)變焦鏡頭的加工更加方便和簡(jiǎn)單。

進(jìn)一步地，第一正透鏡的焦距為f+1,光學(xué)補(bǔ)償連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)焦端焦距為fl，f+1和fl滿足條件：1.5<|f+1/fl|<1.8，第一正透鏡能夠壓縮后組(變焦鏡組、中間固定鏡組、后固定鏡組)孔徑，對(duì)與大口徑化相伴而生的像差良好地進(jìn)行校正，保證光學(xué)系統(tǒng)跨全變倍區(qū)域優(yōu)良的集光能力。

進(jìn)一步地，變焦鏡組第一負(fù)透鏡的焦距為f-1,變焦鏡組第二負(fù)透鏡的焦距為f-2,光學(xué)補(bǔ)償連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)焦端焦距為fl，f-1、f-2和fl滿足條件式：4.1<|fl/f-1|<5；3.2<|fl/f-2|<3.8，變焦鏡組能對(duì)與變焦過(guò)程相伴而生的像差良好地進(jìn)行校正，保證光學(xué)系統(tǒng)變焦過(guò)程像質(zhì)穩(wěn)定，變焦迅速。

進(jìn)一步地，中間固定鏡組的焦距為f+2，光學(xué)補(bǔ)償連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)焦端焦距為fl，所述f+2和fl滿足條件式：3.2<|fl/f+2|<3.5，能夠保證變焦鏡組運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)迅速，特別是能對(duì)短焦端的彗差和像散進(jìn)行更好地校正,維持光學(xué)系統(tǒng)高的光學(xué)性能，并能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。

進(jìn)一步地，后固定鏡組中的第四正透鏡為本發(fā)明連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)焦件，第四正透鏡的焦距為f+4時(shí)，光學(xué)補(bǔ)償連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)焦端焦距為fl，f+4與fl滿足以下的條件式：3.2<|fl/f+4|<3.6，能夠維持調(diào)焦件較短的調(diào)焦行程，并能夠保證光學(xué)系統(tǒng)在不同使用條件下的適應(yīng)性。

為了使第一負(fù)透鏡和第二負(fù)透鏡的連接可靠，第一負(fù)透鏡和第二負(fù)透鏡可采用框架結(jié)構(gòu)固聯(lián)。

為了使變焦鏡組沿光軸做可靠的等速運(yùn)動(dòng)，變焦鏡組通過(guò)齒輪-導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)在光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向前后直線移動(dòng)，沿光軸方向前后移動(dòng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦。

第一正透鏡、第一負(fù)透鏡、第二正透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第三正透鏡、第四正透鏡均采用鍺材料，能夠?qū)缛儽秴^(qū)域的在工作譜段范圍內(nèi)的光產(chǎn)生的色差更好地進(jìn)行校正，保證光學(xué)系統(tǒng)具有較好的加工特性和公差特性。

第一正透鏡與第一負(fù)透鏡也可采用硫系玻璃材料irg206、ig6、irg26或amtir2制成。

進(jìn)一步地，第四正透鏡和像面之間還設(shè)置有位置固定的濾光片。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：

1.本發(fā)明提供了一種體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)補(bǔ)償變焦功能，且具有大相對(duì)孔徑的光學(xué)系統(tǒng)，尤其是適用于8～12μm長(zhǎng)波紅外波段的大相對(duì)孔徑光學(xué)系統(tǒng)。

2.本發(fā)明采用光學(xué)補(bǔ)償變焦方式，通過(guò)間距保持不變的第一負(fù)透鏡和第二負(fù)透鏡組成的變焦鏡組在光軸上前后移動(dòng)實(shí)現(xiàn)焦距變化，屬于內(nèi)變焦，變焦過(guò)程中，光圈恒定，總長(zhǎng)固定不變，質(zhì)心變化較小，變焦方式簡(jiǎn)單。本發(fā)明系統(tǒng)的四個(gè)透鏡組鏡片總數(shù)僅為6片，系統(tǒng)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，變焦方式簡(jiǎn)單。

3.本發(fā)明各透鏡材料均使用鍺材料,具有較好的公差特性和加工特性。

4.本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)光闌固定位于后固定鏡組第三正透鏡靠近物面一側(cè)的位置，光闌后置的方式一方面可以避免在變焦過(guò)程中為了保持光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)孔徑恒定而采用更為復(fù)雜的可變光闌；另一方面，光闌經(jīng)后固定鏡組成像于像面?zhèn)群苓h(yuǎn)距離處，構(gòu)成準(zhǔn)像方遠(yuǎn)心光路，可保證整個(gè)像面具有均勻的相對(duì)照度分布。

5.本發(fā)明采用準(zhǔn)像方遠(yuǎn)心的設(shè)計(jì)結(jié)合像差漸暈的方式，保證光學(xué)系統(tǒng)在各視場(chǎng)條件下均具有較好畸變特性的同時(shí)，亦可使各視場(chǎng)條件下像面照度分布更為均勻。

6.第二正透鏡和第三正透鏡靠近物面一側(cè)的面采用非球面，第一負(fù)透鏡靠近物面一側(cè)的面采用非球面，第二負(fù)透鏡靠近物面?zhèn)鹊拿娌捎梅乔蛎?。非球面的設(shè)計(jì)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)像差校正有益，使整個(gè)光學(xué)補(bǔ)償連續(xù)變焦鏡頭的加工更加方便和簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的長(zhǎng)波紅外波段光學(xué)補(bǔ)償變焦光學(xué)系統(tǒng)透鏡模型示意圖；

圖2是本發(fā)明長(zhǎng)波紅外大相對(duì)孔徑光學(xué)補(bǔ)償變焦光學(xué)系統(tǒng)透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例39mm焦距時(shí)的示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例26mm焦距時(shí)的示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例13mm焦距時(shí)的示意圖。

附圖標(biāo)記：1-像面，2-濾光片，3-后固定鏡組，4-中間固定鏡組，5-變焦鏡組，6-前固定鏡組，7-物面，301-第三正透鏡，302-第四正透鏡，501-第一負(fù)透鏡，502-第二負(fù)透鏡。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供的非制冷長(zhǎng)波紅外光學(xué)補(bǔ)償變焦光學(xué)系統(tǒng)包括位置固定的前固定鏡組6、中間固定鏡組4、光闌和位置可調(diào)的后固定鏡組3、變焦鏡組5；前固定鏡組6包括單片式第一正透鏡；中間固定鏡組4包括第二正透鏡；后固定鏡組3包括雙分離透鏡組，雙分離透鏡組主要由第三正透鏡301和第四正透鏡302組成；變焦鏡組5包括第一負(fù)透鏡501和第二負(fù)透鏡502，第一負(fù)透鏡501和第二負(fù)透鏡502固定連接；第一正透鏡、第一負(fù)透鏡501、第二正透鏡、第二負(fù)透鏡502、光闌、第三正透鏡301、第四正透鏡302從物面7到像面1依次設(shè)置；第二正透鏡和第三正透鏡301靠近物面7一側(cè)的面采用非球面，第一負(fù)透鏡501靠近像面1一側(cè)的面采用非球面，第二負(fù)透鏡502靠近物面7一側(cè)的面采用非球面。

第一負(fù)透鏡501和第二負(fù)透鏡502可采用框架結(jié)構(gòu)固聯(lián)，以固聯(lián)在鏡筒上的電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源。為了使變焦鏡組5沿光軸做可靠的等速運(yùn)動(dòng)，變焦鏡組5通過(guò)齒輪-導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)在光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向前后直線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦。變焦鏡組5與前固定鏡組6、中間固定鏡組4和后固定鏡組3共同構(gòu)成完整的成像系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)在焦距變化的過(guò)程中系統(tǒng)總長(zhǎng)不變。前固定鏡組6、中間固定鏡組4和像面1的位置恒定；變焦鏡組5的第一負(fù)透鏡501和第二負(fù)透鏡502之間間距也保持恒定；后固定鏡組3可前后微小移動(dòng)，對(duì)不同工況條件下的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)焦補(bǔ)償。各透鏡材料均采用折射率較大、色散能力較弱的鍺材料。

后固定鏡組3具有正光焦度。在變焦過(guò)程中，變焦鏡組5在光軸上等距等速等方向前后聯(lián)動(dòng)。在從寬視場(chǎng)向窄視場(chǎng)變化時(shí)，變焦鏡組5往靠近像面1方向一側(cè)平移；在從窄視場(chǎng)向?qū)捯晥?chǎng)變化時(shí)，變焦鏡組5向物面7方向一側(cè)移動(dòng)。在向長(zhǎng)焦變化時(shí)，變焦鏡組5朝向像面1一側(cè)運(yùn)動(dòng)；在向短焦變化時(shí)，變焦鏡組5朝向物面7一側(cè)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中焦距連續(xù)變化，整個(gè)變焦過(guò)程中光闌固定位于第三正透鏡301靠近物面7一側(cè)的位置，在各視場(chǎng)處都具有較好的成像質(zhì)量。

第一正透鏡的焦距為f+1,光學(xué)補(bǔ)償連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)焦端焦距為fl，f+1和fl滿足條件：

1.5<|f+1/fl|<1.8(1)

條件式(1)對(duì)前固定鏡組6焦距范圍進(jìn)行了限定。前固定鏡組6能夠壓縮后組(即變焦鏡組5、中間固定鏡組4、后固定鏡組3)孔徑，對(duì)與大口徑化相伴而生的像差進(jìn)行良好地校正，保證光學(xué)系統(tǒng)跨全變倍區(qū)域優(yōu)良的集光能力，并能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。條件式(1)中的比值若低于其下限，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的小型化有利，但是短焦端中彗差和像散的校正變得困難；條件式(1)中的比值若超過(guò)其上限，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的像差校正有利，但光線在后組鏡片的入射角變大，像差校正難度增加，小型化變得困難。

變焦鏡組5第一負(fù)透鏡501的焦距為f-1,變焦鏡組5第二負(fù)透鏡502的焦距為f-2,光學(xué)補(bǔ)償連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)焦端焦距為fl，f-1、f-2和fl滿足條件式：

4.1<|fl/f-1|<5(2)

3.2<|fl/f-2|<3.8(3)

條件式(2)和(3)對(duì)變焦鏡組5光焦度范圍進(jìn)行了限定。通過(guò)滿足該條件式(2)與(3)，能對(duì)與變焦過(guò)程相伴而生的像差進(jìn)行良好地校正，保證光學(xué)系統(tǒng)變焦過(guò)程像質(zhì)穩(wěn)定，變焦迅速，并能夠更好地實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。條件式(2)與(3)中的比值若低于其下限，則所述變焦鏡組5的移動(dòng)量增加，光學(xué)系統(tǒng)的小型化變得困難。條件式(2)與(3)中的比值若高于其上限，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)小型化有利，但是短焦端中像散的校正變得困難，光學(xué)性能劣化。

中間固定鏡組4的焦距為f+2，光學(xué)補(bǔ)償連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)焦端焦距為fl，所述f+2和fl滿足條件式：

3.2<|fl/f+2|<3.5(4)

條件式(4)對(duì)中間固定鏡組4焦距進(jìn)行了限定，通過(guò)滿足該式能夠保證變焦鏡組5運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)迅速，特別是能對(duì)長(zhǎng)焦端的像散進(jìn)行更好地校正,維持光學(xué)系統(tǒng)高的光學(xué)性能，更好地實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。條件式(4)中的比值若低于其下限，則變焦鏡組5的移動(dòng)量增加，因此光學(xué)系統(tǒng)的小型化變得困難。在條件式(4)中的比值若低于其下限，后組通光孔徑變小，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)小型化有利，但是長(zhǎng)焦端中的像散的校正變得困難，光學(xué)性能劣化。

第四正透鏡302、第三正透鏡301構(gòu)成后固定鏡組3。其中的第四正透鏡302為本發(fā)明連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)焦件，第四正透鏡302的焦距為f+4時(shí)，光學(xué)補(bǔ)償連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)焦端焦距為fl，f+4與fl滿足以下的條件式：

3.2<|fl/f+4|<3.6(5)

條件式(5)對(duì)與實(shí)施例連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)焦件光焦度范圍進(jìn)行了限定。通過(guò)滿足該條件式(5)，能夠維持調(diào)焦件較短的調(diào)焦行程，并能夠保證光學(xué)系統(tǒng)在不同使用條件下的適應(yīng)性。條件式(5)中的比值若低于其下限，則調(diào)焦件的光焦度變小，調(diào)焦行程變大，因此光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)焦補(bǔ)償時(shí)間變長(zhǎng)。條件式(5)中的比值若超過(guò)其上限，對(duì)減小調(diào)焦件行程有利，但會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)焦端中的場(chǎng)曲和像散的校正變得困難，光學(xué)性能劣化。如此，能夠維持調(diào)焦件較短的調(diào)焦行程，并能夠保證光學(xué)系統(tǒng)在不同使用條件下的離焦有效地進(jìn)行補(bǔ)償。

本實(shí)施例中各透鏡均采用鍺材料，能夠?qū)ぷ髯V段范圍內(nèi)的光產(chǎn)生的色差更好地進(jìn)行校正，保證光學(xué)系統(tǒng)具有較好的加工特性和公差特性。

如圖2，本實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)共四個(gè)鏡組，此時(shí)焦距為52mm，從物面7到像面1包括前固定鏡組6、變焦鏡組5、中間固定鏡組4、后固定鏡組3和濾光片2。物面7之后為由第一正透鏡構(gòu)成的前固定鏡組6；變焦鏡組5包括第一負(fù)透鏡501與第二負(fù)透鏡502，這兩片負(fù)透鏡之間設(shè)置有由第二正透鏡構(gòu)成的中間固定鏡組4；后固定鏡組3包括第三正透鏡301、第四正透鏡302；后固定鏡組3與前固定鏡組6、變焦鏡組5、中間固定鏡組4共同構(gòu)成完整的成像系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)在變焦過(guò)程中，前固定鏡組6、中間固定鏡組4、濾光片2和像面1的位置恒定；變焦鏡組5的中央間距也保持恒定，光學(xué)系統(tǒng)焦距隨變焦鏡組5的軸向移動(dòng)而連續(xù)變化。后固定鏡組3可前后微小移動(dòng)，對(duì)不同工況條件下的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)焦補(bǔ)償。

前固定鏡組6由焦距約為85.53mm采用鍺材料的單片式第一正透鏡構(gòu)成。變焦鏡組5由兩片負(fù)透鏡組成，其中，第一負(fù)透鏡501采用鍺材料，焦距約為-19.51mm；第二負(fù)透鏡502采用鍺材料，焦距約為-24.60mm。第一負(fù)透鏡501和第二負(fù)透鏡502的間距固定約為43.82mm，在變焦過(guò)程中始終在光軸上前后移動(dòng)，在長(zhǎng)焦52mm焦距時(shí)，第一負(fù)透鏡501與第一正透鏡的軸向間距約為33.32mm；在短焦13mm焦距時(shí)，第一負(fù)透鏡501與第一正透鏡的軸向間距約為15.29mm。

中間固定鏡組4位置固定不變。中間固定鏡組4為焦距約為26.70m、采用鍺材料的正透鏡，其靠近物面7一側(cè)的面采用非球面。

后固定鏡組3為由采用鍺材料、焦距約為26.69mm的第三正透鏡301與采用鍺材料、焦距約為23.72mm的第四正透鏡302組成的雙分離透鏡組。其中，第三正透鏡301靠近物面7一側(cè)的面采用非球面。

本實(shí)施例中，系統(tǒng)至少含有四個(gè)非球面，其中一個(gè)位于第一負(fù)透鏡501靠近像面1一側(cè)，一個(gè)位于中間固定鏡組4靠近物面7一側(cè)，一個(gè)位于第二負(fù)透鏡502靠近物面7一側(cè)，另一個(gè)位于第三正透鏡301靠近物面7一側(cè)。

變焦過(guò)程中，光學(xué)系統(tǒng)光闌固定位于第三正透鏡301靠近物面7一側(cè)，光闌經(jīng)第三正透鏡301與第四正透鏡302成像于像面1一側(cè)很遠(yuǎn)距離處，使得整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成準(zhǔn)像方遠(yuǎn)心設(shè)計(jì)，提高像面1相對(duì)照度分布。

第一正透鏡與第一負(fù)透鏡501均可采用硫系玻璃材料irg206或ig6或irg26或amtir2替換。另外，本發(fā)明所述系統(tǒng)采用的光學(xué)材料也可由其它對(duì)應(yīng)牌號(hào)或折射率色散特性相近的材料替換，此時(shí)，只需對(duì)各鏡片曲率半徑和非球面系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整即可。

本實(shí)施實(shí)例將該光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于8～12μm寬波段焦平面探測(cè)器上，像元尺寸為17μm×17μm，對(duì)角線長(zhǎng)度為13.6mm，像元數(shù)為640×480，采用光圈數(shù)f#1.0。其中，f#即為光圈數(shù)是入瞳口徑與焦距之比的倒數(shù)，即f＝f/d。從前固定鏡組6靠近物面7一側(cè)的面到像面1的總長(zhǎng)小于143mm，各透鏡最大口徑小于100mm，焦距范圍13mm～52mm，變倍比為4。變倍過(guò)程中，系統(tǒng)總長(zhǎng)恒定，f數(shù)恒定，具有較小的體積、較輕的重量和較大的相對(duì)孔徑，且屬于內(nèi)變焦，變倍過(guò)程中質(zhì)心變化不大。

圖3為光學(xué)系統(tǒng)焦距39mm時(shí)的光路圖，相對(duì)于圖2光學(xué)系統(tǒng)52mm焦距時(shí)的鏡片位置，除變焦鏡組5整體向物面7方向移動(dòng)了約3.7mm外，其他鏡片都固定不變。

圖4為光學(xué)系統(tǒng)焦距26mm時(shí)的光路圖，相對(duì)于圖3光學(xué)系統(tǒng)39mm焦距時(shí)的鏡片位置，除變焦鏡組5整體向物面7方向移動(dòng)了約5.25mm外，其他鏡片都固定不變。

圖5為光學(xué)系統(tǒng)焦距13mm時(shí)的光路圖，相對(duì)于圖4光學(xué)系統(tǒng)26mm焦距時(shí)的鏡片位置，除變焦鏡組5整體向物面7方向移動(dòng)了約9.2mm外，其他鏡片都固定不變。

本發(fā)明適用于各類軍警民用監(jiān)控、搜索與跟蹤瞄準(zhǔn)、手持紅外熱像檢測(cè)等用途。以上利用實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明的描述，意圖是示例性的，不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍起限制作用。