[发明专利]超长焦距高分辨率连续变焦中波红外光学系统

说明书

本发明公开了一种超长焦距高分辨率中波红外连续变焦光学系统，该系统从物体侧依次包括：变倍时固定的正光焦度前固定透镜组群(G1)、变倍时从像侧向物体侧移动的负光焦度变倍透镜组(G2)、变倍时从物体侧向像侧移动的正光焦度补偿透镜组(G3)、变倍时固定的负光焦度后固定透镜组(G4)和变倍时固定的正光焦度二次成像透镜组群(G5)。所述系统适配1024×76810微米制冷型中外红外探测器，相对孔径1:4，焦距110mm～1500mm连续变焦。本发明解决了超长焦距大口径系统固有的二级光谱、高级球差、色差等难以校正问题，光学系统分辨率显著提升。机械补偿两组元变焦形式结构简单，保证了整个光学系统的简洁性和稳定性。

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种超长焦距高分辨率连续变焦中外红外光学系统设计。

背景技术

红外热成像技术是一种被动红外夜视技术，其利用自然界物体红外辐射强度的不同成像，根据目标与背景或目标各部分之间的温差(热辐射差异)发现、识别目标。红外热成像技术具有不受昼夜限制，能全天时全天候工作、穿透烟雾能力强、抗电磁干扰、防伪装和探测隐蔽性好等优点，逐渐成为了各国科学家竞相研究的前沿热点。近些年来，随着边海防等远距离观瞄红外设备需求的日益增长，国内外陆续开始了对超长焦距连续变焦红外成像系统的研究，各种形式的红外变焦设计层出不穷。超长焦距连续变焦系统最大的优势在于可在变换视场的同时对同一目标进行连续跟踪，不会造成目标的丢失，既可大视场捜索目标区域，又可小视场对远距离目标观察细节。

在现有技术中，中国专利申请《具有超长焦距的30倍中波红外变焦光学系统》(专利公布号CN207636838U)提出了一种焦距40mm～1200mm连续变焦，适配640×512 15微米F4制冷型中波红外探测器；中国专利申请《具有超长焦距的连续变焦中波红外光学系统》(专利公布号CN103823294B)提出了一种光圈F4，工作波段3μm～5μm，焦距88mm～1100mm连续变焦中波红外光学系统，适配640×512 15微米制冷型中波红外探测器。为了提高红外设备发现和识别目标的能力，往往希望光学系统具有更长的焦距和更高的分辨率。焦距的增加伴随光学系统口径的急剧增大，除固有二级光谱色差外，引入大量高级球差、色差等，光学系统像差校正困难；高分辨率需求，要求光学系统像差平衡校正良好。超长焦距变焦与高分辨率成像需求相互制约，现有公开技术中，焦距大多在1200mm以下，探测器分辨率集中在640×512 15μm，尚未完全满足超长焦连续变焦高分辨率探测需求。在此背景下，亟需开发一种超长焦距高分辨率连续变焦光学系统。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的缺点，提出一种具有超长焦距的高分辨率连续变焦中波红外光学系统。

为达上述目的，本发明提供一种超长焦距高分辨率连续变焦中波红外光学系统，该光学系统由物体侧至像侧方向依次包括：

变倍时固定的正光焦度前固定透镜组群；

变倍透镜组，用于从广角端向望远端变倍时，从物体侧向像侧移动；

补偿透镜组，用于从广角端向望远端变倍时，从像侧向物体侧移动；以及

变倍时固定的负光焦度后固定透镜组，用于调焦，并补偿高低温工作环境下光学系统的热离焦；

变倍时固定的正光焦度二次成像透镜组群，用于实现红外制冷型探测器冷光阑前置；

其中，从广角端向望远端变倍时，变倍透镜组和补偿透镜组相向运动，两组元间间隔满足以下条件：

(d_23max-d_23min)/f_w＞1

其中：

f_w为广角端光学系统焦距；

d_23max为变倍时变倍透镜组与补偿透镜组之间间隔最大值；