一種緊湊型切換式三視場中波紅外光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型公開了一種緊湊型切換式三視場中波紅外光學(xué)系統(tǒng)，涉及紅外熱成像
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外熱成像的應(yīng)用領(lǐng)域通常需要紅外光學(xué)系統(tǒng)能夠同時提供高放大倍率的小視 場圖像和低放大倍率的大視場圖像以完成系統(tǒng)對目標(biāo)的搜索、瞄準(zhǔn)和跟蹤功能。兩檔或多 檔變焦紅外光學(xué)系統(tǒng)簡捷而實用，雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)的大視場或低放大倍率模式可用于 觀察大的景物區(qū)域、搜索疑似目標(biāo)，小視場或高放大倍率模式可用于仔細(xì)觀察或放大目標(biāo)， 對目標(biāo)進(jìn)行識別、跟蹤與瞄準(zhǔn)。當(dāng)大視場和小視場之間焦距變倍比比較大時，在兩個視場中 間加入一個過渡視場，則可以對大視場和小視場起到一個很好的補充作用。
[0003] 目前紅外三視場光學(xué)系統(tǒng)的變倍方式有三種:徑向切入、旋轉(zhuǎn)變倍和軸向變倍。軸 向變倍采用變倍鏡和補償鏡的相對位置移動實現(xiàn)多視場變換，旋轉(zhuǎn)變倍方式采用不同變倍 鏡組旋轉(zhuǎn)切換來實現(xiàn)多視場的轉(zhuǎn)換；以上兩種方式往往造成光學(xué)系統(tǒng)的軸向尺寸過長，為 壓縮系統(tǒng)軸向長度常在系統(tǒng)后部增加一片或兩片反射鏡折疊光路，無疑會增加系統(tǒng)復(fù)雜程 度及裝調(diào)難度。徑向切入方式采用不同變倍組徑向切換實現(xiàn)三視場的轉(zhuǎn)換，可以有效壓縮 光學(xué)系統(tǒng)的軸向長度，縮短視場切換時間。
[0004] 無人機是當(dāng)前應(yīng)用開發(fā)的熱點，無人機可以搭載可見光相機或紅外熱像儀進(jìn)行航 拍。熱像儀通過探測物體本身發(fā)出的紅外線，對景物溫度分布進(jìn)行成像，提供了比可見光更 多的信息，可用于夜視巡航、搜尋救援、設(shè)備巡檢、農(nóng)林牧漁等。無人機搭載熱像儀要求紅外 光學(xué)系統(tǒng)重量輕、體積緊湊、成像優(yōu)良、視場切換時間短。為此本實用新型提供一種重量輕、 結(jié)構(gòu)緊湊、切換式三視場中波紅外光學(xué)系統(tǒng)。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種緊湊型切換 式三視場中波制冷紅外光學(xué)系統(tǒng)，利用二次成像原理壓縮光學(xué)系統(tǒng)軸向尺寸，采用徑向切 入切出變倍鏡組，實現(xiàn)三視場光學(xué)系統(tǒng)視場的轉(zhuǎn)換。本實用新型中光學(xué)系統(tǒng)軸向尺寸緊湊， 避免了增加反射鏡折疊光路，同時窄視場具有最高的光軸精度和最高的光學(xué)透過率，且視 場切換時間短。本實用新型軸向尺寸緊湊，重量輕，適用于無人機等對載荷重量、體積要求 較高的場所，保證光學(xué)系統(tǒng)仍具有長焦距、三視場、成像質(zhì)量優(yōu)良的特點。
[0006] 本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0007] 本實用新型中，設(shè)定光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)總長為T，系統(tǒng)在小視場狀態(tài)的焦距為fn，中繼 透鏡組G2的放大率為m，則T/f n <0.35，-4<m<-2。
[0008] 從物方到像方依次由前透鏡組G1、中繼透鏡組G2、大視場轉(zhuǎn)換透鏡組G3及中視場 轉(zhuǎn)換透鏡組G4，其中前透鏡組G1、中繼透鏡組G2被大、中、小三個視場狀態(tài)共用。
[0009] 其中，前透鏡組G1由第一至第三透鏡組成，第一、三透鏡具有正光焦度且凸面彎向 物方的彎月形透鏡，第二透鏡為具有負(fù)光焦度的彎月形透鏡；
[0010]中繼透鏡組G2由第七至第九透鏡組成，三個透鏡分別具有正光焦度；
[0011] 大視場轉(zhuǎn)換透鏡組G3由第四至第六透鏡組成，第四、六透鏡具有負(fù)光焦度，第五透 鏡具有正光焦度；
[0012] 中視場轉(zhuǎn)換透鏡組G4由第十三至第十五透鏡組成，第十三、十五透鏡具有負(fù)光焦 度，第十四透鏡具有正光焦度；
[0013] 本實用新型所述的中波紅外三視場光學(xué)系統(tǒng)，其工作波段為3um~5um，視場分別 為1.2°x0.9°，5°x4°，17°xl4°，系統(tǒng)在三個視場狀態(tài)下的焦距與各自入瞳孔徑比值，亦即系 統(tǒng)F數(shù)為4;可用于像素15um大小的中波制冷探測器；
[0014] 本實用新型所述光學(xué)系統(tǒng)中每個透鏡的材料為單晶鍺、硅、硫化鋅或硒化鋅；
[0015]本實用新型的原理:前透鏡組G1與中繼透鏡組G2兩者構(gòu)成窄視場光路，目標(biāo)的輻 射光通過前透鏡組G1成一次實像，通過中繼透鏡組G2再次成像到中波制冷紅外探測器的靶 面上，即二次成像，以實現(xiàn)100%冷屏效率，同時有效縮小前組鏡片的口徑，進(jìn)一步的還可以 縮短系統(tǒng)軸向尺寸。
[0016] 當(dāng)大視場轉(zhuǎn)換透鏡組G3打入G1、G2所形成的小視場光路時，實現(xiàn)小視場到大視場 光路的變換；
[0017] 當(dāng)中視場轉(zhuǎn)換透鏡組G4打入G1、G2所形成的小視場光路時，實現(xiàn)小視場到中視場 光路的變換。
[0018] 本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0019] 1.本實用新型采用切換方式實現(xiàn)三視場中波紅外系統(tǒng)，通過合理使用不同紅外材 料，并借助非球面及衍射面實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)軸向尺寸短、結(jié)構(gòu)緊湊、成像質(zhì)量好、長焦距的特 占.
[0020] 2.本實用新型實現(xiàn)系統(tǒng)光學(xué)總長Τ與系統(tǒng)小視場狀態(tài)的焦距fn比值T/fn < 0.35;
[0021] 3.本實用新型分視場狀態(tài)的焦距值與各自入瞳孔徑的比值，即系統(tǒng)F數(shù)為4;
[0022] 4.通過使用二次成像不僅實現(xiàn)100%冷光闌效率，壓縮前組鏡片的尺寸，進(jìn)一步的 可以有效縮短光學(xué)系統(tǒng)的軸向長度尺寸。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型所采用的大、中、小三個視場切換示意圖；
[0024] 圖2為本實用新型的光學(xué)系統(tǒng)在大視場工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3為本實用新型的光學(xué)系統(tǒng)在中視場工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖4為本實用新型的光學(xué)系統(tǒng)在小視場工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖5為本實用新型的光學(xué)系統(tǒng)在大視場工作狀態(tài)下的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖；
[0028] 圖6為本實用新型的光學(xué)系統(tǒng)在中視場工作狀態(tài)下的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖；
[0029] 圖7為本實用新型的光學(xué)系統(tǒng)在小視場工作狀態(tài)下的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖；
[0030] 其中：G1至G4分別為前透鏡組、中繼透鏡組、大視場轉(zhuǎn)換透鏡組和中視場轉(zhuǎn)換透鏡 組;S1至S18、S23至S28分別為光學(xué)系統(tǒng)中各個視場內(nèi)的光線接觸面，S19、S20為中波紅外探 測器保護(hù)窗前后表面，S21為中波紅外探測器冷屏，S22為中波紅外探測器靶面；1-9分別是 組成該光學(xué)系統(tǒng)的第一至第九透鏡，13-15分別為第十至十二透鏡，10為中波紅外探測器保 護(hù)窗玻璃，11為中波紅外探測器冷屏，12為中波紅外探測器靶面。
【具體實施方式】
[0031] 下面詳細(xì)描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中 自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通 過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用 新型的限制。
[0032] 下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0033] 本實用新型的光學(xué)系統(tǒng)在大、中、小視場工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖2、圖 3、圖4所示，本實用新型所采用的大、中、小三個視場切換示意圖如圖1所示。
[0034] 從物方到像方依次由前透鏡組G1、中繼透鏡組G2、大視場轉(zhuǎn)換透鏡組G3及中視場 轉(zhuǎn)換透鏡組G4，其中前透鏡組G1、中繼透鏡組G2為大、中、小三個視場狀態(tài)共用。
[0035] 其中，前透鏡組G1由第一至第三透鏡組成，第一、三透鏡具有正光焦度且凸面彎向 物方的彎月形透鏡，第二透