一种紧凑型切换式三视场中波红外光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型公开了一种紧凑型切换式三视场中波红外光学系统，涉及红外热成像
技术领域。
【背景技术】
[0002] 红外热成像的应用领域通常需要红外光学系统能够同时提供高放大倍率的小视 场图像和低放大倍率的大视场图像以完成系统对目标的搜索、瞄准和跟踪功能。两档或多 档变焦红外光学系统简捷而实用，双视场红外光学系统的大视场或低放大倍率模式可用于 观察大的景物区域、搜索疑似目标，小视场或高放大倍率模式可用于仔细观察或放大目标， 对目标进行识别、跟踪与瞄准。当大视场和小视场之间焦距变倍比比较大时，在两个视场中 间加入一个过渡视场，则可以对大视场和小视场起到一个很好的补充作用。
[0003] 目前红外三视场光学系统的变倍方式有三种:径向切入、旋转变倍和轴向变倍。轴 向变倍采用变倍镜和补偿镜的相对位置移动实现多视场变换，旋转变倍方式采用不同变倍 镜组旋转切换来实现多视场的转换；以上两种方式往往造成光学系统的轴向尺寸过长，为 压缩系统轴向长度常在系统后部增加一片或两片反射镜折叠光路，无疑会增加系统复杂程 度及装调难度。径向切入方式采用不同变倍组径向切换实现三视场的转换，可以有效压缩 光学系统的轴向长度，缩短视场切换时间。
[0004] 无人机是当前应用开发的热点，无人机可以搭载可见光相机或红外热像仪进行航 拍。热像仪通过探测物体本身发出的红外线，对景物温度分布进行成像，提供了比可见光更 多的信息，可用于夜视巡航、搜寻救援、设备巡检、农林牧渔等。无人机搭载热像仪要求红外 光学系统重量轻、体积紧凑、成像优良、视场切换时间短。为此本实用新型提供一种重量轻、 结构紧凑、切换式三视场中波红外光学系统。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是:针对现有技术的缺陷，提供一种紧凑型切换 式三视场中波制冷红外光学系统，利用二次成像原理压缩光学系统轴向尺寸，采用径向切 入切出变倍镜组，实现三视场光学系统视场的转换。本实用新型中光学系统轴向尺寸紧凑， 避免了增加反射镜折叠光路，同时窄视场具有最高的光轴精度和最高的光学透过率，且视 场切换时间短。本实用新型轴向尺寸紧凑，重量轻，适用于无人机等对载荷重量、体积要求 较高的场所，保证光学系统仍具有长焦距、三视场、成像质量优良的特点。
[0006] 本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007] 本实用新型中，设定光学系统光学总长为T，系统在小视场状态的焦距为fn，中继 透镜组G2的放大率为m，则T/f n <0.35，-4<m<-2。
[0008] 从物方到像方依次由前透镜组G1、中继透镜组G2、大视场转换透镜组G3及中视场 转换透镜组G4，其中前透镜组G1、中继透镜组G2被大、中、小三个视场状态共用。
[0009] 其中，前透镜组G1由第一至第三透镜组成，第一、三透镜具有正光焦度且凸面弯向 物方的弯月形透镜，第二透镜为具有负光焦度的弯月形透镜；
[0010]中继透镜组G2由第七至第九透镜组成，三个透镜分别具有正光焦度；
[0011] 大视场转换透镜组G3由第四至第六透镜组成，第四、六透镜具有负光焦度，第五透 镜具有正光焦度；
[0012] 中视场转换透镜组G4由第十三至第十五透镜组成，第十三、十五透镜具有负光焦 度，第十四透镜具有正光焦度；
[0013] 本实用新型所述的中波红外三视场光学系统，其工作波段为3um~5um，视场分别 为1.2°x0.9°，5°x4°，17°xl4°，系统在三个视场状态下的焦距与各自入瞳孔径比值，亦即系 统F数为4;可用于像素15um大小的中波制冷探测器；
[0014] 本实用新型所述光学系统中每个透镜的材料为单晶锗、硅、硫化锌或硒化锌；
[0015]本实用新型的原理:前透镜组G1与中继透镜组G2两者构成窄视场光路，目标的辐 射光通过前透镜组G1成一次实像，通过中继透镜组G2再次成像到中波制冷红外探测器的靶 面上，即二次成像，以实现100%冷屏效率，同时有效缩小前组镜片的口径，进一步的还可以 缩短系统轴向尺寸。
[0016] 当大视场转换透镜组G3打入G1、G2所形成的小视场光路时，实现小视场到大视场 光路的变换；
[0017] 当中视场转换透镜组G4打入G1、G2所形成的小视场光路时，实现小视场到中视场 光路的变换。
[0018] 本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0019] 1.本实用新型采用切换方式实现三视场中波红外系统，通过合理使用不同红外材 料，并借助非球面及衍射面实现光学系统轴向尺寸短、结构紧凑、成像质量好、长焦距的特 占.
[0020] 2.本实用新型实现系统光学总长Τ与系统小视场状态的焦距fn比值T/fn < 0.35;
[0021] 3.本实用新型分视场状态的焦距值与各自入瞳孔径的比值，即系统F数为4;
[0022] 4.通过使用二次成像不仅实现100%冷光阑效率，压缩前组镜片的尺寸，进一步的 可以有效缩短光学系统的轴向长度尺寸。
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型所采用的大、中、小三个视场切换示意图；
[0024] 图2为本实用新型的光学系统在大视场工作状态下的结构示意图；
[0025] 图3为本实用新型的光学系统在中视场工作状态下的结构示意图；
[0026] 图4为本实用新型的光学系统在小视场工作状态下的结构示意图；
[0027] 图5为本实用新型的光学系统在大视场工作状态下的光学传递函数曲线图；
[0028] 图6为本实用新型的光学系统在中视场工作状态下的光学传递函数曲线图；
[0029] 图7为本实用新型的光学系统在小视场工作状态下的光学传递函数曲线图；
[0030] 其中：G1至G4分别为前透镜组、中继透镜组、大视场转换透镜组和中视场转换透镜 组;S1至S18、S23至S28分别为光学系统中各个视场内的光线接触面，S19、S20为中波红外探 测器保护窗前后表面，S21为中波红外探测器冷屏，S22为中波红外探测器靶面；1-9分别是 组成该光学系统的第一至第九透镜，13-15分别为第十至十二透镜，10为中波红外探测器保 护窗玻璃，11为中波红外探测器冷屏，12为中波红外探测器靶面。
【具体实施方式】
[0031] 下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中 自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通 过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用 新型的限制。
[0032] 下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
[0033] 本实用新型的光学系统在大、中、小视场工作状态下的结构示意图分别如图2、图 3、图4所示，本实用新型所采用的大、中、小三个视场切换示意图如图1所示。
[0034] 从物方到像方依次由前透镜组G1、中继透镜组G2、大视场转换透镜组G3及中视场 转换透镜组G4，其中前透镜组G1、中继透镜组G2为大、中、小三个视场状态共用。
[0035] 其中，前透镜组G1由第一至第三透镜组成，第一、三透镜具有正光焦度且凸面弯向 物方的弯月形透镜，第二透