[发明专利]一种大远摄比红外连续变焦光学系统

说明书

本发明提出一种大远摄比红外连续变焦光学系统，按光路走向从物方到像方依次设置光焦度为正的前固定透镜组G1、光焦度为负的单透镜变倍组G2、光焦度为正的单透镜补偿组G3、光焦度为正的后固定透镜组G4；本发明基于机械补偿法光学变焦原理，前固定透镜组采用多片高折射率光学透镜，承担整个光学系统的主要光焦度，压缩了光路的轴向尺寸，同时采用三个折转反射镜对光路进行空间Z型折叠进一步优化了光学系统的空间布局，实现了大远摄比，远摄比达到0.26。并通过采用非球面、衍射面的设计，降低了整个光学系统在全变焦范围内的高级像差、轴上点与轴外点像差、细光束与宽光束像差，在全视场和全孔径内获得满意的像质。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种大远摄比红外连续变焦光学系统。

背景技术

红外连续变焦热像仪是一种焦距可连续变化、而像面位置保持稳定并且在变焦过程中像质保持良好的成像系统。定焦红外热像仪在像面上欲得到不同大小的像，必须改变目标物体与镜头之间的距离或更换不同焦距的镜头。而红外连续变焦热像仪可以连续改变系统焦距，因此，可以在像面上得到连续改变大小的目标像，对于光电探测及侦察、跟踪等都非常有利。

远摄比是指镜头的轴向长度与其焦距的比值，一般镜头的远摄比≥1。通常的红外连续变焦镜头由于覆盖较宽的变焦段，造成整个光学镜头轴向尺寸过长，远摄比在0.8～1.2之间，需要通过平面反射镜折转光路以缩短轴向尺寸，这就造成宽度方向尺寸过大，难以满足高变倍比、大远摄比的实际使用需求。而随着大远摄比红外连续变焦光学系统在导航、搜索、侦察等军用、警用领域的应用需求越来越广泛，有必要提出一种构型紧凑、成像质量优的大远摄比红外连续变焦光学系统。

发明内容

本发明提出一种大远摄比红外连续变焦光学系统，基于机械补偿法光学变焦原理，前固定透镜组采用多片高折射率光学透镜，承担整个光学系统的主要光焦度，压缩了光路的轴向尺寸，同时采用三个折转反射镜对光路进行空间Z型折叠进一步优化了光学系统的空间布局，实现了大远摄比，远摄比达到0.26。并通过采用非球面、衍射面的设计，降低了整个光学系统在全变焦范围内的高级像差、轴上点与轴外点像差、细光束与宽光束像差，在全视场和全孔径内获得满意的像质。

本发明的技术方案为：

所述一种大远摄比红外连续变焦光学系统，其特征在于：按光路走向从物方到像方依次设置光焦度为正的前固定透镜组G1、光焦度为负的单透镜变倍组G2、光焦度为正的单透镜补偿组G3、光焦度为正的后固定透镜组G4；所述后固定透镜组G4中包括空间折叠反射镜L42、空间折叠反射镜L44和空间折叠反射镜L45，实现对光路的空间Z型折叠；通过单透镜变倍组G2和单透镜补偿组G3作相对轴上移动，完成连续变焦成像。

进一步的优选方案，系统第一光学面到最后一光学面的轴向空间长度为143mm，远摄比为0.26。

进一步的优选方案，其中所述前固定透镜组G1包含从物方到像方方向顺序设置的正光焦度弯月透镜L11、负光焦度弯月透镜L12、负光焦度弯月透镜L13；所述单透镜变倍组G2采用负光焦度双凹透镜L21；所述单透镜补偿组G3采用正光焦度双凸透镜L31；所述后固定透镜组G4包含从物方到像方方向顺序设置的负光焦度弯月透镜L41、空间折叠反射镜L42、负光焦度弯月透镜L43、空间折叠反射镜L44、空间折叠反射镜L45、正光焦度弯月透镜L46、负光焦度弯月透镜L47。

进一步的优选方案，光学系统参数为：

透镜L11的入射面和出射面均为球面，入射面半径100.9mm，出射面半径226.9mm，厚度11.35mm；透镜L11材料采用硅；透镜L11出射面与透镜L12入射面距离11.8mm；

透镜L12的入射面为非球面，半径181.8mm，出射面为球面，半径155.4mm，厚度为4mm；透镜L12材料采用锗；透镜L12出射面与透镜L13入射面距离1mm；