[0039]其中，c为曲率，r为垂直光轴方向的径向坐标，k为二次曲线常数，A为四阶非球面 系数、B六阶非球面系数、C为八阶非球面系数、D为十阶非球面系数。
[0040] 而且，
[0041] 中固定组的透镜C的后表面非球面系数为：
[0042] k = 7.69；
[0043] A=1.4914E-7；
[0044] B = 4.6826E-12；
[0045] C=1.6105E-15；
[0046] 后固定组的透镜G-1的前表面非球面系数为：
[0047] k = -1.1144；
[0048] A=1.5236E-6；
[0049] B = -3.7171E-9；
[0050] C = -3.5521E-11；
[0051] 后固定组的透镜G-2的前表面非球面系数为：
[0052] k = 5 ；
[0053] A=1.6414E-7；
[0054] B = 1.2337E-8；
[0055] C=1.299E-ll〇
[0056] 表1给出了该光学系统的一组具体的光学系数，单位为mm。
[0057] 表 1
[0058]
[0059]
[0060] 移动组B和移动组D能够沿着光轴前后直线移动，所以，在两者的移动范围内，如图 2至图4所示，该光学系统在短焦时，移动组B和移动组D在靠近物方的位置，在从短焦到长焦 变化过程中，移动组B和移动组D逐渐远离物方运动，即向像方方向移动。如图5所示，为移动 组B和移动组D的移动过程示意图，以图中的方位来看，当光学系统由短焦向长焦变化时，移 动组B与D固联在一起向右做等速度线性移动来实现系统焦距的变化。而且，在该实施例中， 由于移动组B和D的前后移动，那么，前固定组物镜A与移动组物镜B-1之间会有一定的间隔， 其间隔范围为2~90.4mm;而移动组物镜B-1与移动组物镜B-2之间的间隔恒定，为6.78mm; 移动组物镜B-2与中固定组物镜C之间会有一定的间隔，其间隔范围为12.8~101mm;移动组 物镜D-1与中固定组物镜C之间的间隔范围为13~101.45mm;而移动组物镜D-1与移动组物 镜D-2之间的间隔恒定，为4.58mm;移动组物镜D-2与后固定组物镜E-1之间的间隔会有一定 的间隔，其间隔范围为0.5~88.9mm。通过控制调节移动组B和移动组D的位置，实现焦距的 调节。
[0061] 该光学系统采用二次成像的方式，使得光学系统的光阑与探测器的冷光阑完全重 合，实现了冷光阑效率100 %。避免了光线被切割从而减少通光量，使得系统的灵敏度降低； 同时，对热辐射的杂光进行抑制，提高了系统的信噪比。
[0062]另外，为了缩短光学系统的长度，在后固定组物镜E-2与后固定组物镜G-1之间的 传播光路中设置有两个反射镜，反射镜F-1和反射镜F-2,其中，反射镜F-1与光轴成45°放 置，反射镜F-2也与光轴成45°放置，通过这两个反射镜能够使后固定组物镜E-2的出射光线 与后固定组物镜G-1的入射光线之间的夹角为180°，即两个光线的方向相反。引入了两个折 叠反射镜，对光路进行两次转折，形成"U"型结构，缩短了系统长度，适应了机载光电设备对 红外光学系统结构不能太长的要求。
[0063] 所以，在本实施例中，如图1所示，正透镜A、负透镜B-1、负透镜B-2、正透镜C、负透 镜D-1、负透镜D-2、正透镜E-1、正透镜E-2同轴放置，其光线与正透镜G-1和正透镜G-2的光 线平行。光线从正透镜A、负透镜B-1、负透镜B-2、正透镜C、负透镜D-1、负透镜D-2、正透镜E-1、正透镜E-2到达折叠反射镜F-1，经过反射镜F-1反射后到达反射镜F-2,经过反射镜F-2反 射的光线由正透镜G-1、正透镜G-2会聚后成像在探测器H。
[0064]如图6-8所不，分别为光学系统在短焦、中焦、长焦时的场曲畸变图，可知畸变在大 小视场均小于1%，表明系统成像优良，满足设计要求。
[0065] 如图9-11所示，分别是光学系统在短焦、中焦、长焦时的点列图，由图可见，在不同 焦距时的点斑直径均小于像元尺寸，表明系统成像优良，满足设计要求。
[0066] 以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基 本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变 形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对 实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，包括从物方到像方依次 设置的前固定镜组、前移动镜组、中固定镜组、后移动镜组和后固定镜组，所述前移动镜组 由依次设置的第一移动透镜和第二移动透镜组成，所述后移动镜组由依次设置的第三移动 透镜和第四移动透镜组成，所述前移动镜组和后移动镜组在光轴上做等间距、等速度、同方 向的前后联动以实现连续变焦;所述第一移动透镜为凸面朝向物方的弯月形负透镜，所述 第二移动透镜为双凹负透镜，所述第三移动透镜为凸面朝向物方的弯月形负透镜，所述第 四移动透镜为凹面朝向物方的弯月形负透镜。2. 根据权利要求1所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述前 固定镜组由第一固定透镜组成，所述第一固定透镜为凸面朝向物方的弯月形正透镜;所述 中固定镜组由第二固定透镜组成，所述第二固定透镜为双凸正透镜;所述后固定镜组包括 四个透镜:第三固定透镜、第四固定透镜、第五固定透镜和第六固定透镜，其中，第三固定透 镜为凸面朝向物方的弯月形正透镜，第四固定透镜为凹面朝向物方的弯月形正透镜，第五 固定透镜为凹面朝向物方的弯月形正透镜，第六固定透镜为凹面朝向物方的弯月形正透 镜。3. 根据权利要求1所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述前 移动镜组和后移动镜组固联设置，以实现所述在光轴上做等距、等速、同向的前后联动。4. 根据权利要求1所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，该连续 变焦光学系统实现的技术指标为:波段为7.7μπι~9.5μπι ;焦距为f = 33mm~500mm;视场为 20.62° ~1.38##为3。5. 根据权利要求2所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述第 二固定透镜的靠近像方的表面、第五固定透镜的靠近物方的表面和第六固定透镜的靠近物 方的表面为非球面。6. 根据权利要求2所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述第 一固定透镜的材料为单晶锗，第一移动透镜的材料为硒化锌，第二移动透镜的材料为单晶 锗，第二固定透镜的材料为单晶锗，第三移动透镜的材料为单晶锗，第四移动透镜的材料为 硒化锌，第三固定透镜的材料为单晶锗，第四固定透镜的材料为单晶锗，第五固定透镜的材 料为单晶锗，第六固定透镜的材料为单晶锗。7. 根据权利要求2所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述光 学系统在短焦时，前移动镜组和后移动镜组组成的变焦镜组在靠近物方的位置，在从短焦 到长焦变化过程中，所述变焦镜组向像方方向移动。8. 根据权利要求7所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述第 一移动透镜与第一固定透镜的间隔范围为2~90.4mm，所述第一移动透镜与第二移动透镜 的间隔为6.78mm，所述第二移动透镜与第二固定透镜之间的间隔范围为12.8~101mm，所述 第三移动透镜与第二固定透镜之间的间隔范围为13~101.45mm，所述第三移动透镜与第四 移动透镜之间的间隔为4.58mm，所述第四移动透镜与第三固定透镜之间的间隔范围为0.5 ~88·9mm〇9. 根据权利要求8所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述第 一固定透镜的靠近物方的表面的曲率半径为153.84_，第一固定透镜的靠近像方的表面的 曲率半径为237.06mm;第一移动透镜的靠近物方的表面的曲率半径为145.47mm，第一移动 透镜的靠近像方的表面的曲率半径为77.06mm;第二移动透镜的靠近物方的表面的曲率半 径为-277.97mm，第二移动透镜的靠近像方的表面的曲率半径为260.06mm;第二固定透镜的 靠近物方的表面的曲率半径为326.11mm，第二固定透镜的靠近像方的表面的曲率半径为-242.31mm;第三移动透镜的靠近物方的表面的曲率半径为25.09mm，第三移动透镜的靠近像 方的表面的曲率半径为22.01mm;第四移动透镜的靠近物方的表面的曲率半径为785.4mm， 第四移动透镜的靠近像方的表面的曲率半径为50.13mm;第三固定透镜的靠近物方的表面 的曲率半径为34.93mm，第三固定透镜的靠近像方的表面的曲率半径为25.91mm;第四固定 透镜的靠近物方的表面的曲率半径为28.09mm，第四固定透镜的靠近像方的表面的曲率半 径为155.52mm;第五固定透镜的靠近物方的表面的曲率半径为36.05mm，第五固定透镜的靠 近像方的表面的曲率半径为-305.74mm;第六固定透镜的靠近物方的表面的曲率半径为-166.05mm，第六固定透镜的靠近像方的表面的曲率半径为123.56mm; 所述第一固定透镜的厚度为8.80mm，第一移动透镜的厚度为10mm，第二移动透镜的厚 度为10mm，第二固定透镜的厚度为5.7392mm，第三移动透镜的厚度为4.71mm，第四移动透镜 的厚度为3mm，第三固定透镜的厚度为3mm，第四固定透镜的厚度为3mm，第五固定透镜的厚 度为5.74mm，第六固定透镜的厚度为5_。10.根据权利要求4所述的光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述 第四固定透镜与第五固定透镜之间的光线传播路径上设置有第一反射镜和第二反射镜，通 过所述第一反射镜和第二反射镜使第四固定透镜的出射光线与第五透镜的入射光线之间 的夹角为180°。
【专利摘要】本发明涉及一种光学补偿式长波红外连续变焦光学系统，包括从物方到像方依次设置的前固定镜组、前移动镜组、中固定镜组、后移动镜组和后固定镜组，前移动镜组由依次设置的第一移动透镜和第二移动透镜组成，后移动镜组由依次设置的第三移动透镜和第四移动透镜组成，前移动镜组和后移动镜组在光轴上做等间距、等速度、同方向的前后联动以实现光学补偿式连续变焦。光学补偿式系统，结构简单容易制造，对控制系统的精度要求较低。克服机械补偿系统需要复杂的凸轮结构或双丝杠的精密配合才能保证变焦过程中图像保持清晰的缺点。
【IPC分类】G02B15/15, G03B17/17, G02B1/00
【公开号】CN105676432
【申请号】CN201610148989
【发明人】吴海清, 赵新亮, 李萍, 田海霞, 崔莉, 李同海
【申请人】凯迈（洛阳）测控有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月16日