[发明专利]一种长焦距大相对孔径变焦距光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种变焦距光学成像系统，特别涉及一种采用同轴透射结构的、工作于中波红外波段的长焦距、大相对孔径变焦距光学成像系统。 

背景技术

变焦距光学成像系统，在不改变光学系统位置的前提下，可实现对不同距离处的目标物成像，能有效提高探测识别效率。克服了传统的定焦系统由于焦距长、相对孔径大等要求造成系统体积庞大，进而难以通过移动系统实现不同距离成像的困难。 

自英国数学家于1834年首次提出变焦的概念，至今已有150多年的发展历史。目前，变焦距光学成像技术已得到了多方面的关注和应用，从较早的应用于电影摄影物镜的设计，到当前世界各国研究热点的成像光谱仪前置物镜的设计等，这些设计大多涉及可见光、可见近红外、或短波红外波段的变焦距光学成像系统。随着红外焦平面技术的不断进步及其实际应用范围的逐步扩展，对红外变焦距光学成像系统的需求日益增强，不仅具有上述变焦距系统的特点，同时具有红外系统环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点，可有效提高目标的红外探测与识别能力。 

光学成像系统成像质量的好坏直接影响其探测效果。对于一般的光学成像系统，特别是红外系统，受材料的限制，很难在满足长焦距和大相对孔径的同时，实现宽波段内消色差和二级光谱。目前，报导的中波红外波段变焦距光学成像系统，大多工作波段在3～5m，带宽小，焦距短，设计难度相对小。在本发明作出之前文献报导了一种变焦距光学系统（[J]红外技术,2009年第31卷第12期），其结构简单，成像质量好，工作波段为3～5m，变焦范围为30～150mm，最长焦距仅为150mm。文献还报导了一种变焦距光学系统（[J]应用光学，2006年，第27卷第1期），变焦范围13～275mm，虽然长焦端接近300mm，但其系统中采用了三个非球面，大大增加了系统加工难度和制造成本，且系统工作波段范围小，仅3.7～4.8m。无法满足长焦距、大相对孔径的中波红外变焦距成像光学系统。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种适用波段宽（中波红外7.7～10.3m）、相对孔径大、成像性能优、结构简单、研制成本低的长焦距3^X连续变焦的变焦距光学成像系统。 

本发明所采用的技术方案是：提供一种长焦距大相对孔径变焦距光学成像系统，它为 透射式光学系统，工作在中波红外波段；所述光成像学系统的结构为同轴结构，包括安装于一个镜筒内的四个透镜组，沿光线入射方向，依次为前固定组、变倍组、补偿组和后固定组；平面反射镜（5）置于前固定组与变倍组之间，与光轴成45度角； 

所述前固定组，沿光线入射方向，依次为一块第一正透镜（11）、一块负透镜（12）和一块第二正透镜（13）；所述各透镜相对于变焦距成像光学系统长焦距的归一化焦距依次对应为f’₁₁、f’₁₂、f’₁₃，对应值范围分别为1.2≤f’₁₁≤1.4、-2.3≤f’₁₂≤-2.1和2.6≤f’₁₃≤2.8； 

所述变倍组，沿光线入射方向，依次为一块负透镜（21）和一块正透镜（22）；各透镜相对于变焦距成像光学系统长焦距的归一化焦距依次对应为f’₂₁、f’₂₂，对应值范围分别为-0.4≤f’₂₁≤-0.2和0.15≤f’₂₂≤0.3；所述变倍组的正透镜（22），其后表面为高次非球面，非球面系数包括四次方、六次方和八次方项，分别为e₂₂₂₄、e₂₂₂₆和e₂₂₂₈，取值范围为3.8E-8≤e₂₂₂₄≤4.3E-8，-9.80E-14≤e₂₂₂₆≤-9.3E-14，0.7E-17≤e₂₂₂₈≤1.2E-17； 

所述补偿组，沿光线入射方向，依次为一块负透镜（31）和一块正透镜（32）；各透镜相对于变焦距成像光学系统长焦距的归一化焦距依次对应为f’₃₁、f’₃₂，对应值范围分别为-0.7≤f’₃₁≤-0.5和0.1≤f’₃₂≤0.3；