[发明专利]一种小型化大变倍比中波制冷红外连续变焦光学系统

说明书

一种小型化大变倍比中波制冷红外连续变焦光学系统，采用正组机械补偿、二次成像、连续变焦设计，减小了光学系统直径；经光学及镜头设计，在满足系统成像质量的前提下，得到仅采用9片镜头的组合，具有较高的透过率，提高了系统灵敏度，同时有效控制了光学系统总长度；增加视场光阑结构，降低了杂散光对系统成像的影响，提高了系统信噪比；采用冷光阑，且实现效率100％，减少了光束能量损失，同时抑制了系统噪声，具有较高的系统灵敏度、信噪比；该红外光学系统具有成像质量高，总长小，变倍、补偿结构简单，变倍比、信噪比、灵敏度高的优点，满足了对光学系统体积、重量、成像质量有严苛要求的机载光电吊舱系统的需求，处于国内同类产品的领先水平。

技术领域

本发明涉及机载光电设备的中波红外光学系统领域，具体涉及一种小型化大变倍比中波制冷红外连续变焦光学系统。

背景技术

机载光电吊舱系统要求红外热像仪既能够实现大视场的目标搜索，又能够实现远距离目标的小视场跟踪、识别，因此红外热像仪的光学系统需要设计为变焦光学系统来实现这一功能；

连续变焦红外光学系统在变焦过程中目标图像能够始终保持清晰，能够实现变焦范围内任意视场的变换；应用在机载光电吊舱时，系统在连续变焦过程中保证不会丢失跟踪目标，而且能够根据场景和目标特征选择合适的工作视场，从而提高人机功效；

尤其是当前机载光电吊舱系统向着高集成度发展，装载光电传感器有增多趋势；国外现役的MTS-B和MX-25D可同时装载红热像仪和CCD传感器外，还可装载有低照度、日光和短波红外详查传感器(Daylight Spotter SWIR Spotter)、激光测距仪、激光照射器、激光照明器、激光指示器(Laser Pointer)、激光标识器(Laser Marker)、激光光斑跟踪器等，实现宽频谱、多波段目标探测，由于机载光电系统的体积、重量受限，因此红外热像仪及其他光电传感器的小型化设计至关重要的技术难题。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种小型化大变倍比中波制冷红外连续变焦光学系统，采用正组机械补偿、二次成像、连续变焦设计，减小了光学系统直径；经光学及镜头设计，在满足系统成像质量的前提下，得到仅采用9片镜头的组合，因此具有较高的透过率，提高了系统灵敏度，同时有效控制了光学系统总长度；采用圆柱凸轮控制变倍组、补偿组运动，具有运动控制结构简单的优点；增加视场光阑结构，降低了杂散光对系统成像的影响，提高了系统信噪比；采用冷光阑，且实现效率100％，减少了光束能量损失，同时抑制了系统噪声，提高了系统灵敏度和信噪比；该发明的连续变焦红外光学系统具有成像质量高，光学总长小，变倍、补偿结构简单，变倍比、信噪比、灵敏度高的优点。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种小型化大变倍比中波制冷红外连续变焦光学系统，系统采用正机械组补偿、二次成像、连续变焦设计；包括前固定组、变倍组、补偿组、后固定组、红外探测器；所述前固定组包括第一弯月形负透镜、第一弯月形正透镜；所述变倍组包括双凹负透镜；所述补偿组包括第二弯月形正透镜、第三弯月形正透镜；所述后固定组包括第四弯月形正透镜、第二弯月形负透镜、双凸正透镜、第五弯月形正透镜；所述前固定组、变倍组、补偿组、后固定组共计9片光学镜头；所述前固定组、变倍组、补偿组、后固定组、红外探测器从左至右依序排列，共光轴设置；在变焦过程中，变倍组、补偿组沿光轴移动，前固定组、后固定组、红外探测器保持原位，补偿组二弯月形正透镜、第三弯月形正透镜的距离保持恒定。

进一步的，在变焦过程中，所述变倍组、补偿组按照不同的运动规律沿光轴移动；因补偿组第二弯月形正透镜、第三弯月形正透镜的光焦点为正，在系统由短焦向长焦变化时，变倍组和补偿组向中间靠拢；变倍组、补偿组的运动规律通过两个圆柱凸轮控制实现；所述两个凸轮的包络线分别为变倍组、补偿组的运动规律曲线；

进一步的，所述以上各透镜焦距需满足以下条件：