一種軸向變倍三視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軸向變倍三視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)外紅外三視場(chǎng)連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式，分為徑向變倍方式和軸向變倍方式，而軸向變倍方式是統(tǒng)通過(guò)變倍鏡與補(bǔ)償鏡在光軸上的不同位置實(shí)現(xiàn)三視場(chǎng)的轉(zhuǎn)換，具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，但是變倍比大于20倍的軸向變倍光學(xué)系統(tǒng)在實(shí)際設(shè)計(jì)中校正像差存在一定難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種軸向變倍三視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種軸向變倍三視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)，包括從物方到像方同光軸依次設(shè)置的物鏡、變倍鏡、補(bǔ)償鏡、調(diào)焦鏡和匯聚鏡組，所述補(bǔ)償鏡中的靠近像方的表面為衍射面；
[0005]所述光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)為:工作環(huán)境溫度:_45°C?+60°C ;工作波段為7700nm?9500nm ;在大視場(chǎng)下，該光學(xué)系統(tǒng)的焦距是22mm，在中視場(chǎng)下，該光學(xué)系統(tǒng)的焦距是92mm，在小視場(chǎng)下，該光學(xué)系統(tǒng)的焦距為550mm ;光學(xué)系統(tǒng)F#為3.’
[0006]通過(guò)軸向移動(dòng)變倍鏡和補(bǔ)償鏡實(shí)現(xiàn)三個(gè)視場(chǎng)之間的切換；通過(guò)軸向調(diào)整調(diào)焦鏡的位置，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償因溫度變化帶來(lái)的焦點(diǎn)在像面上的漂移。
[0007]所述匯聚鏡組包括依次同軸設(shè)置的第一匯聚鏡和第二匯聚鏡，所述物鏡為光焦度為正的的透鏡，所述變倍鏡為光焦度為負(fù)的透鏡，所述補(bǔ)償鏡為光焦度為正的透鏡，所述調(diào)焦鏡為光焦度為負(fù)的透鏡，所述第一匯聚鏡為光焦度為正的透鏡，所述第二匯聚鏡為光焦度為負(fù)的透鏡，所述第一匯聚鏡和第二匯聚鏡整體構(gòu)成光焦度為正的匯聚鏡組。
[0008]所述物鏡的材料為鍺，所述變倍鏡的材料為鍺，所述補(bǔ)償鏡的材料為鍺，所述調(diào)焦鏡的材料為鍺，所述第一匯聚鏡的材料為鍺，所述第二匯聚鏡的材料為砸化鋅。
[0009]所述變倍鏡中的靠近物方的表面、補(bǔ)償鏡中的靠近像方的表面、調(diào)焦鏡中的靠近像方的表面、第一匯聚鏡中的靠近物方的表面和第二匯聚鏡中的靠近物方的表面為非球面。
[0010]所述物鏡的靠近物方的表面為凸面，物鏡的靠近像方的表面為凹面，變倍鏡的靠近物方的表面為凹面，變倍鏡的靠近像方的表面為凹面，補(bǔ)償鏡的靠近物方的表面為凸面，補(bǔ)償鏡的靠近像方的表面為凸面，調(diào)焦鏡的靠近物方的表面為凹面，調(diào)焦鏡的靠近像方的表面為凸面，第一匯聚鏡的靠近物方的表面為凸面，第一匯聚鏡的靠近像方的表面為凸面，第二匯聚鏡的靠近物方的表面為凹面，第二匯聚鏡的靠近像方的表面為凹面。
[0011]所述物鏡的靠近物方的表面曲率半徑為284.4_，物鏡的靠近像方的表面曲率半徑為456.4mm ;變倍鏡的靠近物方的表面曲率半徑為_(kāi)235_，變倍鏡的靠近像方的表面曲率半徑為199.76mm ;補(bǔ)償鏡的靠近物方的表面曲率半徑為266.7_，補(bǔ)償鏡的靠近像方的表面曲率半徑為-318_ ;調(diào)焦鏡的靠近物方的表面曲率半徑為-74.89mm,調(diào)焦鏡的靠近像方的表面曲率半徑為-102.2mm ;第一匯聚鏡的靠近物方的表面曲率半徑為144.94_，第一匯聚鏡的靠近像方的表面曲率半徑為-126.93mm ;第二匯聚鏡的靠近物方的表面曲率半徑為-103.21mm，第二匯聚鏡的靠近像方的表面曲率半徑為138.65mm。
[0012]所述物鏡的厚度為14.5mm，所述變倍鏡的厚度為7mm，所述補(bǔ)償鏡的厚度為8.7mm，所述調(diào)焦鏡的厚度為5mm，所述第一匯聚鏡的厚度為6.3mm，所述第二匯聚鏡的厚度為3.5mm ;所述調(diào)焦鏡與第一匯聚鏡之間的間隔為152.5_，所述第一匯聚鏡與第二匯聚鏡之間的間隔為12.7mm；
[0013]當(dāng)所述物鏡與變倍鏡之間的間隔為150mm，所述變倍鏡與補(bǔ)償鏡之間的間隔為8.6_，所述補(bǔ)償鏡與調(diào)焦鏡之間的間隔為87.3mm時(shí)，該光學(xué)系統(tǒng)處于小視場(chǎng)下；當(dāng)所述物鏡與變倍鏡之間的間隔為123.9_，所述變倍鏡與補(bǔ)償鏡之間的間隔為95.5_，所述補(bǔ)償鏡與調(diào)焦鏡之間的間隔為26.5mm時(shí)，該光學(xué)系統(tǒng)處于中視場(chǎng)下；當(dāng)所述物鏡與變倍鏡之間的間隔為40.1_，所述變倍鏡與補(bǔ)償鏡之間的間隔為189.6_，所述補(bǔ)償鏡與調(diào)焦鏡之間的間隔為16.2mm時(shí)，該光學(xué)系統(tǒng)處于大視場(chǎng)下。
[0014]本發(fā)明提供額光學(xué)系統(tǒng)具有三種視場(chǎng)，在大視場(chǎng)下，該光學(xué)系統(tǒng)的焦距是22mm，在中視場(chǎng)下，該光學(xué)系統(tǒng)的焦距是92mm，在小視場(chǎng)下，該光學(xué)系統(tǒng)的焦距為550mm，并且，通過(guò)軸向移動(dòng)變倍鏡和補(bǔ)償鏡實(shí)現(xiàn)三個(gè)視場(chǎng)之間的隨意切換，而且，變倍比能夠達(dá)到25倍；另夕卜，通過(guò)軸向調(diào)整調(diào)焦鏡的位置，能夠補(bǔ)償因溫度變化帶來(lái)的焦點(diǎn)在像面上的漂移，保證像質(zhì)不隨溫度改變，使得光學(xué)系統(tǒng)高低溫環(huán)境適應(yīng)性良好。所以，該光學(xué)系統(tǒng)能夠在軍事用途中的搜索、跟蹤和識(shí)別的系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。另外，該光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鏡片數(shù)較少，能夠以較小的投資實(shí)現(xiàn)高變倍比、且能夠軸向變倍、以及三視場(chǎng)隨意切換的功能。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是軸向變倍三視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)在小視場(chǎng)下的構(gòu)型示意圖；
[0016]圖2是軸向變倍三視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)在中視場(chǎng)下的構(gòu)型示意圖；
[0017]圖3是軸向變倍三視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)在大視場(chǎng)下的構(gòu)型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0019]本發(fā)明提供的軸向變倍三視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)采用二次成像構(gòu)型對(duì)長(zhǎng)波紅外輻射進(jìn)行匯聚成像，以有效地壓縮物鏡的口徑。如圖1、2或者3所示，該軸向變倍三視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)包括從物方到像方同光軸依次設(shè)置的物鏡1、變倍鏡2、補(bǔ)償鏡3、調(diào)焦鏡4和匯聚鏡組，其中，匯聚鏡組由依次同軸設(shè)置的匯聚鏡5和匯聚鏡6構(gòu)成。圖1-3中的7、8和9部分為探測(cè)器的組成部分，其與本發(fā)明無(wú)關(guān)，在此不做贅述。
[0020]該光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)為:工作波段為7700nm?9500nm，中心波長(zhǎng)為8500nm ;在大視場(chǎng)下，該光學(xué)系統(tǒng)的焦距是22mm，在中視場(chǎng)下，該光學(xué)系統(tǒng)的焦距是92mm，在小視場(chǎng)下，該光學(xué)系統(tǒng)的焦距為550mm ;光學(xué)系統(tǒng)F#為3。另外，該光學(xué)系統(tǒng)的適用的探測(cè)器像面尺寸為9.6mm X 7.68mm。
[0021 ] 通過(guò)軸向移動(dòng)變倍鏡2和補(bǔ)償鏡3實(shí)現(xiàn)三個(gè)視場(chǎng)之間的切換，變倍比達(dá)25倍。另夕卜，變倍鏡2和補(bǔ)償鏡3只有三個(gè)位置是能夠清晰成像的，分別對(duì)應(yīng)著大視場(chǎng)、中視場(chǎng)和小視場(chǎng)，而變倍鏡和補(bǔ)償鏡在軸向移動(dòng)的過(guò)程中，并不能清晰成像，所以，變倍鏡2和補(bǔ)償鏡3并不是連續(xù)變焦，而只有在上述分別對(duì)應(yīng)著大視場(chǎng)、中視場(chǎng)和小視場(chǎng)三個(gè)位置時(shí)才能夠清晰成像。
[0022]并且，在高低溫(工作環(huán)境:-40°C?60°C)環(huán)境溫度下，通過(guò)軸向調(diào)整調(diào)焦鏡4的位置，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償因溫度變化帶來(lái)的焦點(diǎn)在像面上的漂移，保證像質(zhì)不隨溫度改變，使得光學(xué)系統(tǒng)高低溫環(huán)境適應(yīng)性良好。
[0023]另外，補(bǔ)償鏡3中的靠近像方的表面為衍射面。衍射光學(xué)元件具有消色差和消單色像差的功能，在光學(xué)系統(tǒng)中引入衍射面，在保證光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)的前提下，可有效減化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及降低成本。該光學(xué)系統(tǒng)為軸向變倍的三視場(chǎng)(焦距分別為550mm、92mm、22mm)長(zhǎng)波紅外光學(xué)系統(tǒng)，小視場(chǎng)焦距長(zhǎng)達(dá)550mm，變倍比為25倍(光學(xué)系統(tǒng)的長(zhǎng)焦與短焦之比)。隨著焦距的增加，消除系統(tǒng)色差的難度增加，同時(shí)，在長(zhǎng)波紅外波段，可選用的光學(xué)材料有限，在兼顧三視場(chǎng)像質(zhì)的條件下，在光學(xué)系統(tǒng)中引入衍射光學(xué)元件，可較好的消除色差和單色像差，有效減少透鏡片數(shù)、減輕質(zhì)量、提高透過(guò)率。另外，衍射面放置在補(bǔ)償鏡上的優(yōu)點(diǎn)為:在該光學(xué)系統(tǒng)的具體構(gòu)型中(光學(xué)材料的搭配組合以及光焦度的分配)，將衍射面放置于補(bǔ)償鏡上為最優(yōu)，能最大限度地提升光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)。
[0024]基于上述基本參數(shù)，以下給出一種該光學(xué)系統(tǒng)的【具體實(shí)施方式】。
[0025]在該光學(xué)系統(tǒng)中，物鏡1為光焦度為正的透鏡，變倍鏡2為光焦度為負(fù)的透鏡，補(bǔ)償鏡3為光焦度為正的透鏡，調(diào)焦鏡4為光焦度為負(fù)的透鏡，匯聚鏡5為光焦度為正的透鏡，匯聚鏡6為光焦度為負(fù)的透鏡，匯聚鏡5和匯聚鏡6整體構(gòu)成光焦度為正的匯聚鏡組。
[0026]變倍鏡2中的靠近物方的表面、補(bǔ)償鏡3中的靠近像方的表面、調(diào)焦鏡4中的靠近像方的表面、匯聚鏡5中的靠近物方的表面和匯聚鏡6中的靠近物方的表面為非球面。
[0027]為了保證成像良好、穩(wěn)定，該光學(xué)系統(tǒng)整體上采用鍺和砸化鋅作為透鏡材料，具體為:物鏡1的材料為鍺，變