一种长波红外三视场光学系统的制作方法

本技术涉及一种光学系统，尤其涉及一种长波红外三视场光学系统。

背景技术：

1、红外成像探测是指通过物体发出或者反射的红外线经由大气传输到达红外物镜，并经物镜聚焦到探测器焦平面上，通过探测器的光电转换，形成目标和背景的红外数字图像这一探测过程。红外成像适用于夜间及一些不良气象条件下对目标的探测，被广泛应用于安防监控、侦查探测等领域。现有光学系统存在着以下缺陷：视场切换时间长，镜片数量多，系统的总透过率低，成像质量差。

技术实现思路

1、为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种长波红外三视场光学系统。

2、为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种长波红外三视场光学系统，包括沿光轴方向从物方到像方依次设置的前固定镜、变倍镜、补偿镜、后固定镜组、探测器窗口及滤光片，补偿镜靠近物方的表面为二元面；

3、该光学系统的设计指标参数为：工作波段为7.7μm-9.5μm；在大视场下，该光学系统的焦距为20mm，在中视场下，该光学系统的焦距为60mm，在小视场下，该光学系统的焦距为120mm；光学系统f#为2.0；通过轴向变倍和机械补偿实现大、中、小三种视场之间的切换。

4、优选的，前固定镜具有正光焦度，变倍镜具有负光焦度，补偿镜具有正光焦度，后固定镜组包括依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、以及第三透镜，第一透镜具有正光焦度，第二透镜具有负光焦度，第三透镜具有正光焦度。

5、优选的，变倍镜和补偿镜的运动过程满足共轭距li改变量的总和为零。

6、优选的，前固定镜、变倍镜、补偿镜、后固定镜组均为锗透镜。

7、优选的，前固定镜靠近像方的表面、变倍镜靠近物方的表面、第一透镜靠近物方的表面、第二透镜靠近物方的表面、以及第三透镜靠近像方的表面均为非球面，其余各表面为球面。

8、优选的，补偿镜朝向物方的表面为二元面，该二元面满足以下关系：

9、

10、其中，m为衍射级次，n为多项式的项数，ρ为归一化的极坐标孔径坐标，ai为孔径上对应的极坐标的系数。

11、优选的，前固定镜靠近物方的表面为凸面、靠近像方的表面为凹面，变倍镜靠近物方的表面为凹面、靠近像方的表面为凹面，补偿镜靠近物方的表面为凸面、靠近像方的表面为凸面，第一透镜靠近物方的表面为凸面、靠近像方的表面为凹面，第二透镜靠近物方的表面为凹面、靠近像方的表面为凸面，第三透镜靠近物方的表面为凸面、靠近像方的表面为凸面。

12、优选的，该光学系统的光学设计总长度≤150mm。

13、优选的，滤光片处还设置有孔径光阑，孔径光阑为制冷探测器冷光阑。

14、本实用新型提出一种机械补偿式长波红外三视场光学系统，该系统适配于阵列规模640×512，像元尺寸15μm的长波(7.7-9.5μm)制冷型探测器。采用乒乓式(轴向往复运动)结构，通过负组轴向两个位置，正组轴向两个位置分别实现大、中、小三个视场的切换，变倍比可达到6倍，视场切换时间短，同时该设计采用了非球面(asphere)及二元面(binary)优化了系统像差，减少了镜片的数量，从而增加了系统的总透过率，有很好的成像质量。

15、本实用新型具有以下优点：

16、1.光学系统适用于长波7.7-9.5μm，阵列规模640×512，f/#:2.0制冷型探测器。采用二次成像结构保证了100％冷光阑效率，采用轴向变倍、机械补偿的方法实现大、中、小三种视场切换，三种视场对应焦距分别为20mm、60mm、120mm，变倍比为6倍。系统整体结构紧凑，光学总长度150mm。镜片数量少，总体透过率高，视场切换时间短。

17、2.乒乓式三视场轴向切换形式。

18、3.采用中继结构，各个组成的曲率半径满足表格内取值范围。

技术特征：

1.一种长波红外三视场光学系统，其特征在于：包括沿光轴方向从物方到像方依次设置的前固定镜、变倍镜、补偿镜、后固定镜组、探测器窗口及滤光片，所述补偿镜靠近物方的表面为二元面；

2.根据权利要求1所述的长波红外三视场光学系统，其特征在于：所述前固定镜具有正光焦度，所述变倍镜具有负光焦度，所述补偿镜具有正光焦度，所述后固定镜组包括依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、以及第三透镜，所述第一透镜具有正光焦度，第二透镜具有负光焦度，第三透镜具有正光焦度。

3.根据权利要求2所述的长波红外三视场光学系统，其特征在于：所述变倍镜和补偿镜的运动过程满足共轭距li改变量的总和为零。

4.根据权利要求3所述的长波红外三视场光学系统，其特征在于：所述前固定镜、变倍镜、补偿镜、后固定镜组均为锗透镜。

5.根据权利要求4所述的长波红外三视场光学系统，其特征在于：所述前固定镜靠近像方的表面、变倍镜靠近物方的表面、第一透镜靠近物方的表面、第二透镜靠近物方的表面、以及第三透镜靠近像方的表面均为非球面，其余各表面为球面。

6.根据权利要求5所述的长波红外三视场光学系统，其特征在于：所述补偿镜朝向物方的表面为二元面，该二元面满足以下关系：

7.根据权利要求6所述的长波红外三视场光学系统，其特征在于：所述前固定镜靠近物方的表面为凸面、靠近像方的表面为凹面，变倍镜靠近物方的表面为凹面、靠近像方的表面为凹面，补偿镜靠近物方的表面为凸面、靠近像方的表面为凸面，第一透镜靠近物方的表面为凸面、靠近像方的表面为凹面，第二透镜靠近物方的表面为凹面、靠近像方的表面为凸面，第三透镜靠近物方的表面为凸面、靠近像方的表面为凸面。

8.根据权利要求7所述的长波红外三视场光学系统，其特征在于：该光学系统的光学设计总长度≤150mm。

9.根据权利要求8所述的长波红外三视场光学系统，其特征在于：所述滤光片处还设置有孔径光阑，所述孔径光阑为制冷探测器冷光阑。

技术总结本技术公开了一种长波红外三视场光学系统，包括沿光轴方向从物方到像方依次设置的前固定镜、变倍镜、补偿镜、后固定镜组、探测器窗口及滤光片，补偿镜靠近物方的表面为二元面；设计指标参数为：工作波段为7.7μm‑9.5μm；在大视场下，该光学系统的焦距为20mm，在中视场下，该光学系统的焦距为60mm，在小视场下，该光学系统的焦距为120mm；光学系统F#为2.0；通过轴向变倍和机械补偿实现大、中、小三种视场之间的切换。本技术提出一种长波红外三视场光学系统，采用乒乓式结构实现大、中、小三个视场的切换，变倍比可达到6倍，视场切换时间短，优化了系统像差，减少了镜片的数量，从而增加了系统的总透过率，有很好的成像质量。技术研发人员：孙浩,邓岩,马宇轩受保护的技术使用者：北京华北莱茵光电技术有限公司技术研发日：20231025技术公布日：2024/6/11