一種大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)，由沿光軸從左到右依次設置的公共前固定組、公共變倍組、公共補償組、公共后固定組、用于反射長波紅外光和透射中波紅外光的分光棱鏡、分光棱鏡的反射光路上設置的長波紅外光后固定組、分光棱鏡透射光路上設置的中波紅外焦距補償組以及中波紅外光后固定組七部分組成。本發(fā)明在連續(xù)變焦過程中，雙波段對應焦距差值小于其焦深，雙波段目標信息可以由同一系統(tǒng)接收，且不需要光路切換，解決了目前雙波段系統(tǒng)面臨的難題。
【專利說明】一種大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學設備【技術領域】，具體涉及一種大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦 光學系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 隨著紅外熱成像技術的迅速發(fā)展和使用環(huán)境日趨復雜，對變焦成像光學系統(tǒng)的探 測范圍、探測同步性和實時性等性能提出的要求愈來愈高。相對于紅外單波段定焦、紅外單 波段定點變焦以及單波段小變倍比變焦光學系統(tǒng)，大變倍比雙波段甚至多波段連續(xù)變焦光 學系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢，可以擁有更多的觀察通道，在寬探測距離范圍內(nèi)有利于更迅速地 發(fā)現(xiàn)目標，能夠獲得更全面的目標信息，還可以實現(xiàn)短焦大視場連續(xù)搜索，長焦小視場精確 觀察目標。因此，大變倍比紅外多波段連續(xù)變焦光學系統(tǒng)已經(jīng)成為紅外技術發(fā)展及應用的 一個重要方向。此類系統(tǒng)具備多波段寬探測范圍內(nèi)檢測目標的本領，可以同時檢測不同輻 射波段的被測目標，也能適應煙霧干擾、晝夜交替、火山爆發(fā)等復雜惡劣的工作環(huán)境。
[0003]目前國內(nèi)研究紅外雙波段變焦光學系統(tǒng)所采用的方法一般是設計出兩款單一輻 射波段光學系統(tǒng)，然后將此兩款光學系統(tǒng)通過機械結(jié)構(gòu)組裝到同一個鏡筒中，最終實現(xiàn)雙 波段變焦探測目標的目的。此種系統(tǒng)一般通過采用雙光路切換來進行觀測、搜索目標，面臨 著切換時間長的問題。如果兩款單波段系統(tǒng)變倍比較大，會因為變焦范圍較寬和兩個系統(tǒng) 的中心波長之間的差異，導致光路切換后，前后時刻系統(tǒng)探測距離發(fā)生變化而引起目標丟 失，系統(tǒng)可靠性將會降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術中的問題，提出一種大變倍比紅外雙波段共 口徑共變焦光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)在連續(xù)變焦過程中，雙波段對應焦距差值小于其焦深，雙波段 目標信息可以由同一系統(tǒng)接收，且不需要光路切換，解決了目前雙波段系統(tǒng)面臨的難題。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：包括沿光軸方向依次設置的公 共前固定組、能夠沿軸向移動的公共變倍組、公共補償組、公共后固定組以及用于反射長波 紅外光、透射中波紅外光的第一分光棱鏡；第一分光棱鏡的反射光路上設置有長波紅外光 后固定組，反射光由長波非制冷接收器件成像；第一分光棱鏡的透射光路上設置有中波紅 外焦距補償組和中波紅外光后固定組，透射光由中波紅外非制冷接收器件成像。
[0006] 所述的公共前固定組包括沿光軸方向依次設置的第一雙彎月正透鏡和第二雙彎 月正透鏡，第二雙彎月正透鏡朝向物距面加有衍射非球面。
[0007] 所述的第一雙彎月正透鏡由AMTIRl制成，第二雙彎月正透鏡由GERMANIUM制成。
[0008] 所述的公共變倍組、公共補償組以及公共后固定組為沿光軸方向依次設置的第一 雙凹面負透鏡、第一雙凸面正透鏡以及第二雙凹負透鏡，第二雙凹負透鏡朝向物距面加有 非球面。
[0009] 所述的第一雙凹面負透鏡由GERMANIUM制成。第一雙凸面正透鏡由AMTIRl制成。 弟一雙彎月負透鏡由GERMANIUM制成。
[0010] 所述的長波紅外光后固定組包括沿分光棱鏡反射光路依次設置的第三雙彎月正 透鏡和第四雙彎月正透鏡；其中，第三雙彎月正透鏡朝向物距的面加有衍射面。
[0011] 所述的第三雙彎月正透鏡由GERMANIUM制成，第四雙彎月正透鏡由ZNS_BR0AD制 成。
[0012] 所述的中波紅外焦距補償組和中波紅外光后固定組包括沿分光棱鏡透射光路依 次設置的第五雙彎月正透鏡和第六雙彎月正透鏡；其中，第五雙彎月正透鏡朝向物距的面 加有衍射面。
[0013] 所述的第五雙彎月正透鏡由GERMANIUM制成，第六雙彎月正透鏡由ZNS_BR0AD制 成。
[0014] 所述的第一分光棱鏡由GERMANIUM制成。
[0015] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0016] 1.本發(fā)明采用共口徑共變焦形式，在連續(xù)變焦過程中，隨公共變倍組以及公共補 償組之間的補償移動，保證像面穩(wěn)定，實現(xiàn)中波紅外和長波紅外雙波段共口徑共變焦，保持F數(shù)以及視場變化一致，且無需進行光路轉(zhuǎn)換和重新搜索，大大減少了光學系統(tǒng)的反應時 間，不易丟失目標；
[0017] 2.本發(fā)明采用中雙波段光學系統(tǒng)在同一系統(tǒng)接收，復雜程度低，體積小，結(jié)構(gòu)緊 湊，無后續(xù)控制電路和復雜的機械結(jié)構(gòu)，減輕成本負擔和加工難度，這對于實現(xiàn)系統(tǒng)的緊湊 化、輕型化具有重要的現(xiàn)實意義；
[0018] 3.本發(fā)明中波紅外與長波紅外雙波段對應焦距差值控制在一個焦深范圍之內(nèi)，實 現(xiàn)了中波紅外和長波紅外雙波段共焦，以及對被測目標同步觀測、同步跟蹤、同步測量，便 于后期圖像的融合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明透鏡及透鏡面的示意圖。
[0021] 其中，Ll為第一雙彎月正透鏡；L2為第二雙彎月正透鏡；L3為第一雙凹面負透鏡； L4為第一雙凸面正透鏡；L5為第一雙彎月負透鏡；L6為第一組分光棱鏡；L7為第三雙彎月 正透鏡；L8為第四雙彎月正透鏡；L9為第五雙彎月正透鏡；LlO為第六雙彎月正透鏡。

【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0023] 本發(fā)明由沿光軸從左到右依次設置的公共前固定組、公共變倍組、公共補償組、公 共后固定組、用于反射長波紅外光和透射中波紅外光的分光棱鏡、分光棱鏡的反射光路上 設置的長波紅外光后固定組、分光棱鏡透射光路上設置的中波紅外焦距補償組以及中波紅 外光后固定組七部分組成，具體的：
[0024] 參見圖1，本發(fā)明沿光軸依次設置的公共前固定組、公共變倍組、公共補償組、公共 后固定組以及用于反射長波紅外光、透射中波紅外光的第一分光棱鏡L6;第一分光棱鏡L6 的反射光路上設置有長波紅外光后固定組，第一分光棱鏡L6的透射光路上設置有中波紅 外焦距補償組和中波紅外光后固定組。第一分光棱鏡L6由GERMANIUM制成。
[0025] 公共前固定組包括沿光軸方向依次設置的第一雙彎月正透鏡Ll和第二雙彎月 正透鏡L2,第二雙彎月正透鏡L2朝向物距面加有衍射非球面；第一雙彎月正透鏡Ll由 AMTIRl制成，第二雙彎月正透鏡L2由GERMANIUM制成。。
[0026] 公共變倍組包括沿光軸方向依次設置的第一雙凹面負透鏡L3 ;第一雙凹面負透 鏡L3由GERMANIUM制成。公共補償組包括第一雙凸面正透鏡L4 ;第一雙凸面正透鏡L4由 AMTIRl制成。公共后固定組包括第二雙凹負透鏡L5,第二雙凹負透鏡L5朝向物距面加有 非球面；第一雙彎月負透鏡L5由GERMANIUM制成。
[0027] 長波紅外后固定組包括分光棱鏡L6的反射光路依次設置的第三雙彎月正透鏡 L7、第四雙彎月正透鏡L8 ;其中，第三雙彎月正透鏡L7朝向物距的面加有衍射面；第三雙彎 月正透鏡L7由GERMANIUM制成，第四雙彎月正透鏡L8由ZNS_BR0AD制成。
[0028] 紅外雙波段共焦補償組和中波紅外后固定組包括分光棱鏡L6的透射光路依次設 置的第五雙彎月正透鏡L9、第六雙彎月正透鏡LlO;其中，第五雙彎月正透鏡L9朝向物距 的面加有衍射面；第五雙彎月正透鏡L9由GERMANIUM制成，第六雙彎月正透鏡LlO由ZNS_ BROAD制成。
[0029] 本發(fā)明的原理：
[0030] 本發(fā)明共口徑部分是由公共前固定組，公共變倍組，公共補償組和公共后固定組 組成，且材料均能透過中波和長波紅外，其中AMTIR1、GERMANIUM、ZNS_BR0AD三種材料物化 性能較為穩(wěn)定，有利于降低寬波段產(chǎn)生的色差。變焦形式采用機械式正組補償形式，變焦比 達到20X，系統(tǒng)變倍補償曲線光滑，雙波段共變焦。為了減輕公共部分系統(tǒng)像差負擔，所在公 共前固定組第二片透鏡朝向物距面加有衍射非球面。公共后固定組第一片透鏡朝向物距的 面加有非球面。中波紅外光后固定組第一片透鏡朝向物距的面加有衍射面。長波紅外光后 固定組第一片透鏡朝向物距的面加有衍射面。采用焦距被動補償法，通過加入焦距補償組 補償由波長不一致引起的焦距變化量，使雙波段的焦距差異小于焦深值。
[0031] 由于國內(nèi)目前滿足本發(fā)明的紅外雙色探測器產(chǎn)品極其缺乏，所以對本系統(tǒng)進行分 光設置。本發(fā)明主要分為九個組元，分別為：公共前固定組、公共變倍組、公共補償組、公共 后固定組、一組分光棱鏡、長波紅外光后固定組、中波紅外光后固定組以及相應的焦距補償 組。所述公共前固定組為兩片雙彎月正透鏡，所述公共變倍組為一片雙凹面負透鏡，所述公 共補償組為一片雙凸面正透鏡；所述公共后固定組為一片雙彎月負透鏡；第一組分光棱鏡 反射長波紅外光，透射中波紅外光。
[0032] 公共前固定組為兩片雙彎月正透鏡，沿光軸方向材料依次為AMTIRl和 GERMANIUM，其中第二片透鏡朝向物距面加有衍射非球面。公共變倍組為一片雙凹面負透 鏡，材料為GERMANIUM。公共補償組為一片雙凸面正透鏡；沿光軸方向材料為AMTIR1。公 共后固定組為一片雙彎月負透鏡；沿光軸材料為GERMANIUM，其中第一片透鏡朝向物距面 加有非球面。第一組分光棱鏡，材料為GERMANIUM。長波紅外光后固定組包括兩片雙彎月 正透鏡，沿光軸方向材料依次為GERMANIUM和ZNS_BR0AD，其中第一片雙彎月正透鏡朝向 物距的面加有衍射球面。中波紅外光后固定組包括兩片雙彎月正透鏡，沿光軸材料依次為 GERMANIUM和ZNS_BR0AD，其中第一片透鏡朝向物距的面加有衍射面。如圖2所示。
[0033] 為了更詳細說明，下面給出本發(fā)明光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)：表1表示大變倍比 紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)（透鏡曲率、厚度、透鏡間隔及材料）；
[0034] 表1大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 一種大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)，其特征在于：包括沿光軸方向依 次設置的公共前固定組、能夠沿軸向移動的公共變倍組、公共補償組、公共后固定組以及用 于反射長波紅外光、透射中波紅外光的第一分光棱鏡（L6);第一分光棱鏡（L6)的反射光路 上設置有長波紅外光后固定組，反射光由長波非制冷接收器件成像；第一分光棱鏡（L6)的 透射光路上設置有中波紅外焦距補償組和中波紅外光后固定組，透射光由中波紅外非制冷 接收器件成像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)，其特征在于： 所述的公共前固定組包括沿光軸方向依次設置的第一雙彎月正透鏡（L1)和第二雙彎月正 透鏡（L2)，第二雙彎月正透鏡（L2)朝向物距面加有衍射非球面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)，其特征在于： 所述的第一雙彎月正透鏡（L1)由AMTIR1制成，第二雙彎月正透鏡（L2)由GERMANIUM制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)，其特征在于： 所述的公共變倍組、公共補償組以及公共后固定組為沿光軸方向依次設置的第一雙凹面負 透鏡（L3)、第一雙凸面正透鏡（L4)以及第二雙凹負透鏡（L5)，第二雙凹負透鏡（L5)朝向 物距面加有非球面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)，其特征在于： 所述的第一雙凹面負透鏡（L3)由GERMANIUM制成；第一雙凸面正透鏡（L4)由AMTIR1制 成；第一雙彎月負透鏡（L5)由GERMANIUM制成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)，其特征在于： 所述的長波紅外光后固定組包括沿分光棱鏡（L6)反射光路依次設置的第三雙彎月正透鏡 (L7)和第四雙彎月正透鏡（L8);其中，第三雙彎月正透鏡（L7)朝向物距的面加有衍射面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)，其特征在于： 所述的第三雙彎月正透鏡（L7)由GERMANIUM制成，第四雙彎月正透鏡（L8)由ZNS_BROAD 制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)，其特征在于： 所述的中波紅外焦距補償組和中波紅外光后固定組包括沿分光棱鏡（L6)透射光路依次設 置的第五雙彎月正透鏡（L9)和第六雙彎月正透鏡（L10);其中，第五雙彎月正透鏡（L9)朝 向物距的面加有衍射面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)，其特征在于： 所述的第五雙彎月正透鏡（L9)由GERMANIUM制成，第六雙彎月正透鏡（L10)由ZNS_BROAD 制成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9任意一項所述的大變倍比紅外雙波段共口徑共變焦光學系統(tǒng)， 其特征在于：所述的第一分光棱鏡（L6)由GERMANIUM制成。
【文檔編號】G02B15/20GK104238099SQ201410478730
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】高明, 劉鈞, 呂宏, 米振洲 申請人:西安工業(yè)大學