[发明专利]一种非制冷长波红外连续变焦光学系统

说明书

本发明属于连续变焦光学系统领域，具体的，本发明公开一种非制冷长波红外连续变焦光学系统，沿光轴从物面到焦面依次设置有前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组、像差稳定镜组、后固定镜组和滤光片，变倍镜组、补偿镜组和像差稳定镜组沿光轴方向前后直线移动实现连续变焦，后固定镜组沿光轴方向前后移动实现离焦补偿，本发明光学系统采用机械补偿变焦方式，变焦核由变倍组、补偿组和像差稳定镜组构成，为三动组结构，能够实现焦长比不小于1、变倍比不小于6、相对孔径不大于1.2的连续变焦功能，在焦距连续变化的过程中，所有焦距中心视场及边缘视场均具有较好的成像质量。

技术领域

本发明属于连续变焦光学系统领域。具体而言，本发明涉及一种长波红外波段，具有大相对孔径，可实现连续变焦功能的紧凑型非制冷长波红外连续变焦光学系统。

背景技术

随着非制冷长波红外焦平面探测器的低成本化，具备光学变焦功能的红外热像仪产品获得更为广泛的应用，而作为此类热像仪核心的光学系统，需要具备光学变焦功能。

现有技术中，长波红外变焦光学系统主要有基于机械补偿和光学补偿两种实现方式，光学补偿连续变焦系统是通过以相同的速度移动两个或多个透镜组来实现视场连续变换，在变焦过程中，变焦组的各组元由镜框固联在一起，沿光轴做等速运动，其他组元则始终保持不动，变焦核仅为单一运动组元，难于实现整个光学系统的大变倍比与小型化。

机械补偿变焦形式可分为两组元、三组元、多组元联动变倍等多种形式，其共同特点是：为了保证变焦过程中像面稳定，各动组的非线性移动可通过专门设计相应的凸轮导轨或其他驱动机构实现。因可引入多种驱动机构，机械补偿变焦形式允许多个运动组件按不同规律同步运动，极大地增加了自由度，通过合理的设置，还可实现光学系统的大变倍化或小型化，近些年获得广泛应用。

另外，相较于价格高昂的制冷型探测器，非制冷长波红外探测器灵敏度较低，还要求光学系统的大相对孔径化，以提高整个热像系统灵敏度。但随着相对孔径增大，轴上点的像差（即球差）增大，以致难于校正，相应地将导致结构形式复杂化；视场愈大，轴外初级和高级像差增大，高级像差在像差中所占比重增大，给平衡像差造成困难。

现有的一些文献资料公开的非制冷长波红外连续变焦光学系统多为两动组机械补偿变焦形式，均存在或相对孔径小，或体积包络大，或镜片数量多等问题，焦长比均小于0.9（焦长比为光学系统焦距与光学系统总长的比值），因此，设计出紧凑型大相对孔径非制冷长波红外变焦光学系统，满足轻小型低成本高可靠性红外变焦成像探测的要求，难度较大。

中国专利CN 209167666U、CN 209182571U、CN 210572982U、CN 2017216127U、CN201620943182U、CN 206039018U、CN 205539681U、CN 205427294U、CN 205263390U、CN203965714U、CN 203241607U、CN 110412756A、CN 106932891A、CN 106125276B、CN103901592B、CN 103852874A、CN 202204981U、CN 107976791A等公开了多种焦距段、多种相对孔径、适配多种探测器规格的非制冷长波红外连续变焦光学系统，均采用两动组光学结构，且均为典型的负组变焦正组补偿结构，在保持较大相对孔径的同时，难于实现大的焦长比。其中，CN 205539681U中所述变倍比为7，适配640×480 25μm探测器，焦距范围25mm~225mm，光学总长251mm，焦长比约为0.9，但F数为1.5，同等F数下，无法实现更大的焦长比；其余各专利F数均集中在1.2左右，焦长比均小于0.8。而刊载于中国期刊《红外》第38卷第5期，题为《20倍非制冷长波红外连续变焦光学系统的设计》公开了一种同样结构，焦距范围15mm~300mm，F数1.3，适配384×288 25μm探测器，光学总长330mm，焦长比为0.91，但无法适配更大面阵的探测器。另外，刊载于中国期刊《红外技术》第35卷第10期，题为《20x长波红外变焦光学系统设计》，F数为2，难于满足实际应用。