本發(fā)明屬于成像光學系統(tǒng)設計，具體涉及一種短波紅外連續(xù)變焦光學系統(tǒng)。

背景技術：

1、在目標識別方面，短波紅外成像系統(tǒng)是熱成像系統(tǒng)的重要補充。熱成像系統(tǒng)中的中波紅外成像系統(tǒng)的探測器為制冷型探測器，體積大功耗高，光學透鏡材料非常有限，制冷型探測器和光學鏡片的價格也十分昂貴，而中波紅外成像系統(tǒng)中普遍存在的冷反射現(xiàn)象會對成像效果造成一定的影響；另外，熱成像系統(tǒng)中的長波紅外成像系統(tǒng)探測器靈敏度低，無法對遠距離目標進行較好的識別。短波紅外成像系統(tǒng)的探測器無需低溫制冷，尺寸小功耗低，光學透鏡采用價格低廉的可見光玻璃材料就能實現(xiàn)設計需要，并且能較好的校正系統(tǒng)的色差，可實現(xiàn)遠距離目標識別。在夜空輝光的夜視條件下，光子輻照度主要分布在1000～1800nm的短波紅外波段范圍內(nèi)，這使得短波紅外成像系統(tǒng)的夜視成像效果相比于可見光夜視成像系統(tǒng)而言具有顯著的突出優(yōu)勢，成像對比度高、目標細節(jié)表達清晰，即使在沒有月光的夜晚也能十分清晰的看清目標物體。水蒸氣對光譜的散射特性，使得短波紅外成像系統(tǒng)相比于可見光成像系統(tǒng)，能很好的區(qū)分水汽和煙氣。

2、由于短波紅外成像系統(tǒng)的工作波段范圍寬，光學系統(tǒng)設計時色差校正的難度加大，大變倍比的連續(xù)變焦系統(tǒng)設計難度更大，因此目前主要以定焦距系統(tǒng)或是小變倍比的變焦距系統(tǒng)為主，這就導致了短波紅外成像系統(tǒng)的應用具有一定的局限性，要滿足如場地監(jiān)控、火情預警、森林防火等諸多領域的使用需求，設計大變倍比短波紅外連續(xù)變焦光學系統(tǒng)是十分有必要的。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種短波紅外連續(xù)變焦光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)的工作波段覆蓋900～1700nm，焦距范圍為12～240mm，能更好的對較大距離范圍內(nèi)的目標進行識別。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明的短波紅外連續(xù)變焦光學系統(tǒng)，由沿光軸從物方到像方依次設置的前固定鏡組、變倍鏡組、補償鏡組、后固定鏡組和靶面img組成；前固定鏡組的光焦度為正、變倍鏡組的光焦度為負、補償鏡組的光焦度為負、后固定鏡組的光焦度為正；前固定鏡組由從物方到像方依次設置的雙凸透鏡a1、彎月透鏡a2和彎月透鏡a3組成；變倍鏡組由從物方到像方依次設置的彎月透鏡b1、雙凹透鏡b2和彎月透鏡b3組成，雙凹透鏡b2與彎月透鏡b3組成膠合透鏡組；補償鏡組由從物方到像方依次設置的雙凹透鏡c1、透鏡c2組成；后固定鏡組由從物方到像方依次設置的雙凸透鏡d1、雙凸透鏡d2、彎月透鏡d3、彎月透鏡d4和彎月透鏡d5組成；雙凸透鏡a1的焦距fa1、彎月透鏡a2的焦距fa2、彎月透鏡a3的焦距fa3與前固定鏡組的焦距fa滿足的關系為：1.20＜fa1/fa＜1.5；-2.35＜fa2/fa＜-1.80；1.25＜fa3/fa＜1.45；彎月透鏡b1的焦距fb1、雙凹透鏡b2的焦距fb2、彎月透鏡b3的焦距fb3與變倍鏡組b的焦距fb滿足的關系為：1.41＜fb1/fb＜1.80；0.82＜fb2/fb＜0.95；-1.62＜fb3/fb＜-1.15；雙凹透鏡c1的焦距fc1、雙凸或彎月透鏡c2的焦距fc2與補償鏡組的焦距fc滿足的關系為：0.26＜fc1/fc＜0.52；-1.10＜fc2/fc＜-0.42；雙凸透鏡d1的焦距fd1、雙凸透鏡d2的焦距fd2、彎月透鏡d3的焦距fd3、彎月透鏡d4的焦距fd4、彎月透鏡d5的焦距fd5與后固定鏡組d的焦距fd滿足的關系為：0.90＜fd1/fd＜1.32；1.38＜fd2/fd＜2.20；-2.90＜fd3/fd＜-1.19、-4.28＜fd4/fd＜-1.30；1.22＜fd5/fd＜2.45；最短焦時變倍鏡組和補償鏡組距離最遠，當焦距從最短焦向最長焦變化時，前固定鏡組和后固定鏡組固定不動，變倍鏡組和補償鏡組沿光軸方向移動互相靠攏，當變倍鏡組的放大倍率為最小值-1時，變倍鏡組和補償鏡組一起沿著光軸從物方一側向像方一側移動。

3、所述的前固定鏡組在光軸上的總長tl1、變倍鏡組在光軸上的總長tl2、補償鏡組在光軸上的總長tl3、后固定鏡組在光軸上的總長tl4與光學系統(tǒng)總長ttl的關系為：

4、0.13＜tl1/ttl＜0.175；0.087＜tl2/ttl＜0.10；0.018＜tl3/ttl＜0.024；0.094＜tl4/ttl＜0.14；

5、其中ttl為雙凸透鏡a1前表面到靶面之間在光軸上的距離；tl1為雙凸透鏡a1前表面與彎月透鏡a3后表面之間在光軸上的距離；tl2為彎月透鏡b1前表面與彎月透鏡b3后表面之間在光軸上的距離；tl3為雙凹透鏡c1前表面與透鏡c2后表面之間在光軸上的距離；tl4為雙凸透鏡d1前表面與彎月透鏡d5后表面之間在光軸上的距離。

6、所述的雙凸透鏡a1的厚度為12.70mm~14.41mm，彎月透鏡a2的厚度為2.60mm~3.00mm，彎月透鏡a3的厚度為9.02mm~10.34mm，彎月透鏡b1的厚度為1.20mm~1.40?mm，雙凹透鏡b2的厚度為1.20mm~1.40mm，彎月透鏡b3的厚度為4.18mm~4.85mm，雙凹透鏡c1的厚度為1.20mm~1.40mm，透鏡c2的厚度為2.29mm~2.78mm，雙凸透鏡d1的厚度為4.77mm~6.07mm，雙凸透鏡d2的厚度為2.34mm~3.86mm，彎月透鏡d3的厚度為1.20mm~1.40mm，彎月透鏡d4的厚度為1.40mm~7.06mm，彎月透鏡d5的厚度為3.04mm?~4.64mm。

7、所述的雙凸透鏡a1與彎月透鏡a2之間的空氣間隔為0~3.62mm，彎月透鏡a2與彎月透鏡a3之間的空氣間隔為0.18mm~0.22mm，彎月透鏡a3與彎月透鏡b1之間的空氣間隔為2.0mm~67.18mm，彎月透鏡b1與雙凹透鏡b2之間的空氣間隔為8.83mm~10.09mm，雙凹透鏡b2與彎月透鏡b3之間的空氣間隔為0，彎月透鏡b3與雙凹透鏡c1之間的空氣間隔為3.92mm~62.77mm，雙凹透鏡c1與透鏡c2之間的空氣間隔為0~0.22mm，透鏡c2與雙凸透鏡d1之間的空氣間隔為1.50mm~10.65mm，雙凸透鏡d1與雙凸透鏡d2之間的空氣間隔為0.18mm?~0.21mm，雙凸透鏡d2與彎月透鏡d3之間的空氣間隔為1.53mm~2.52?mm，彎月透鏡d3與彎月透鏡d4之間的空氣間隔為0.19mm?~0.21mm，彎月透鏡d4與彎月透鏡d5之間的空氣間隔為0~2.30?mm。

8、所述彎月透鏡a3與彎月透鏡b1之間的空氣間隔，長焦時為1.85mm?~2.00mm，中焦時為54.28mm?~58.53mm，短焦時為61.87?mm~67.18mm；彎月透鏡b3與雙凹透鏡c1之間的空氣間隔，長焦時為57.79mm~62.77mm，中焦時為3.92mm~5.54mm，短焦時為4.21mm~6.16mm；透鏡c2與雙凸透鏡d1之間的空氣間隔，長焦時為8.71mm~9.73mm，中焦時為9.31mm~10.65mm，短焦時為1.50mm。

9、所述光學系統(tǒng)的所有透鏡均為玻璃球面透鏡，雙凸透鏡a1的折射率na1和阿貝數(shù)va1、彎月透鏡a2的折射率na2和阿貝數(shù)va2滿足：|na1-na2|＞0.44、|va1-va2|＞62.50；雙凹透鏡b2的折射率nb2和阿貝數(shù)vb2、彎月透鏡b3的折射率nb3和阿貝數(shù)vb3滿足：|nb2-?nb3|＞0.18、|vb2-?vb3|＞24.50；雙凹透鏡c1的折射率nc1和阿貝數(shù)vc1、透鏡c2的折射率nc2和阿貝數(shù)vc2滿足：|nc1-?nc2|＞0.01、|vc1-?vc2|＞13.40；雙凸透鏡d2的折射率nd2和阿貝數(shù)vd2、彎月透鏡d3的折射率nd3和阿貝數(shù)vd3滿足：|nd2-?nd3|＞0.16、|vd2-?vd3|＞7.75；彎月透鏡d4的折射率nd4和阿貝數(shù)vd4、彎月透鏡d5的折射率nd5和阿貝數(shù)vd5滿足：|nd4-?nd5|＞0.30、|vd4-?vd5|＞35.00；彎月透鏡a3的折射率na3和阿貝數(shù)va3滿足：1.56＜na3＜1.63、67.20＜va3＜71.35；彎月透鏡b1的折射率nb1和阿貝數(shù)vb1滿足：1.42＜nb1＜1.86、37.20＜vb1＜95.05；雙凸透鏡d1折射率nd1和阿貝數(shù)vd1滿足：1.42＜nd1＜1.50、81.60＜vd1＜95.05。

10、所述雙凸透鏡a1使用冕牌玻璃材料；彎月透鏡a2使用火石玻璃材料；彎月透鏡a3使用冕牌玻璃材料；彎月透鏡b1使用冕牌玻璃材料或火石玻璃材料；雙凹透鏡b2使用冕牌玻璃材料；彎月透鏡b3使用火石玻璃材料；雙凹透鏡c1使用火石玻璃材料；透鏡c2使用火石玻璃材料；雙凸透鏡d1使用冕牌玻璃材料；雙凸透鏡d2使用冕牌玻璃或火石玻璃材料；彎月透鏡d3使用火石玻璃材料；彎月透鏡d4使用火石玻璃材料；彎月透鏡d5使用冕牌玻璃材料。

11、所述的雙凸透鏡a1和彎月透鏡a2分別為單透鏡或者組成膠合透鏡組；透鏡c2采用雙凸透鏡，雙凹透鏡c1和透鏡c2組成膠合透鏡組；彎月透鏡d4和彎月透鏡d5分別為單透鏡。

12、所述的雙凸透鏡a1和彎月透鏡a2分別為單透鏡；透鏡c2采用正光焦度的彎月透鏡，雙凹透鏡c1和透鏡c2組成膠合透鏡組；彎月透鏡d4和彎月透鏡d5分別為單透鏡或者組成膠合透鏡組。

13、所述的雙凸透鏡a1和彎月透鏡a2組成膠合透鏡組；透鏡c2采用正光焦度的彎月透鏡，雙凹透鏡c1和透鏡c2分別為單透鏡；彎月透鏡d4和彎月透鏡d5組成膠合透鏡組。

14、本發(fā)明的有益效果在于：光學系統(tǒng)為20倍的大變倍比變焦系統(tǒng)，焦距范圍寬，工作波段覆蓋短波紅外900～1700nm，成像系統(tǒng)在工作波段受大氣散射作用小，不僅能在白天煙塵、靄等苛刻的氣候條件下使用，也能在夜晚輝光或無月光條件下對較大距離范圍內(nèi)的目標進行更好的識別；為了減小光學系統(tǒng)的結構尺寸，光學系統(tǒng)采用典型的負組機械補償設計方法，在獲得了較大變倍比的同時也能減小光學系統(tǒng)的二級光譜，較好的校正了色差和二級光譜，避免了光學系統(tǒng)在長焦段識別遠距離目標時二級光譜帶來的不利影響；采用變f數(shù)來減小首片透鏡的尺寸,系統(tǒng)結構簡單緊湊、尺寸小、重量輕，裝調(diào)難度小，成本低，像質(zhì)良好；光學系統(tǒng)后截距較長,有利于引入其他機械機構；光學系統(tǒng)的鏡片材料采用常規(guī)的可見光透鏡材料就能較好的校正光學系統(tǒng)的色差及其它像差，而且透鏡材料價格低、加工難度小，系統(tǒng)成本低。