一种长焦距变焦光学系统构型的制作方法

本发明属于光学技术，涉及一种长焦距变焦光学系统构型。

背景技术：

光电观察与监控系统，根据需求的不同通常需要红外成像系统具备小、中、大三个视场或多个视场分别实现对目标的探测、识别、辨认、认清等不同功能。因此，根据观察的目标的远近距离不同，光电观察与监控系统通常需要光学系统具备超长焦距、长焦距、中短焦距以适应不同距离目标的探测、识别以及辨认。

目前的红外变焦距热像仪的光学系统一般都采用透射式光学系统进行设计，能够满足一般的应用需求，但对于超远距离目标探测时，需要光学系统的焦距很长，这就造成光学系统的口径及体积过大，而且制造成本显著提高。如果光学系统采用反射式光学系统进行设计，虽然能够实现长焦距，但不能同时实现多个长焦距，并且反射式光学构型的固有缺点是视场较小，不能实现大视场。

因此，需提供一种光学系统构型，在实现多个长焦距变焦的同时实现中短焦距的变焦。

技术实现要素：

发明目的：

提供一种长焦距变焦光学系统构型，通过将固定折反射物镜组和可变焦目镜组相结合的光路构型，实现了长焦距ⅰ、长焦距ⅱ和长焦距ⅲ的切换；通过将凸面反射镜切出光路、折射物镜切入光路，折射物镜与运动物镜组构成可变焦物镜组，可变焦物镜组和固定目镜组相结合，实现了中焦距ⅰ、中焦距ⅱ和中短焦距的相互切换；将折射物镜切出光路，将凸面反射镜切入光路，中空反射物镜、凸面反射镜与运动物镜组构成固定折反射物镜组，固定折反射物镜组和可变焦目镜组相结合，又可实现光路实现了长焦距ⅰ、长焦距ⅱ、长焦距ⅲ的相互切换，解决了长焦距变焦距光学系统构型问题，在实现多个长焦距变焦的同时实现了中短焦距的变焦，并能保持高的成像质量。

技术方案：

一种长焦距变焦光学系统构型，所述光学系统构型包括：中空反射物镜、凸面反射物镜、移动透镜组、变焦目镜组、折射物镜和探测器；

所述移动透镜组包括两个物镜；

所述变焦目镜组包括四个目镜。

进一步的，所述长焦距变焦光学系统构型可变焦为长焦距ⅰ光路、长焦距ⅱ光路、长焦距ⅲ光路、中焦距ⅰ光路、中焦距ⅱ光路和中短焦距光路。

进一步的，所述长焦距ⅰ光路按光路走向依次由中空反射物镜、凸面反射镜、移动透镜组、变焦目镜组与探测器组成；

所述长焦距ⅰ光路中，折射物镜处于光路之外，移动透镜组和变焦目镜组间隔为d11，变焦目镜组中的目镜1与目镜2的间隔为d21，目镜2与目镜3的间隔为d31。

进一步的，所述长焦距ⅱ光路按光路走向依次由中空反射物镜、凸面反射镜、移动透镜组、变焦目镜组与探测器组成；

所述长焦距ⅱ光路中，折射物镜处于光路之外，移动透镜组和变焦目镜组间隔为d12，变焦目镜组中的目镜1与目镜2的间隔为d22，目镜2与目镜3的间隔为d32。

进一步的，所述长焦距ⅲ光路按光路走向依次由中空反射物镜、凸面反射镜、移动透镜组、变焦目镜组与探测器组成；

所述长焦距ⅲ光路中，折射物镜处于光路之外，移动透镜组和变焦目镜组间隔为d13，变焦目镜组中的目镜1与目镜2的间隔为d23，目镜2与目镜3的间隔为d33。

进一步的，所述中焦距ⅰ光路按光路走向依次由中空反射物镜、折射物镜、移动透镜组、变焦目镜组与探测器组成；

所述中焦距ⅰ光路中，凸面反射镜处于光路之外，折射物镜与移动透镜组间隔为d41，移动透镜组中物镜1与物镜2间隔为d51，移动透镜组和变焦目镜组间隔为d11，变焦目镜组中的目镜1与目镜2的间隔为d21，目镜2与目镜3的间隔为d31。

进一步的，所述中焦距ⅱ光路按光路走向依次由中空反射物镜、折射物镜、移动透镜组、变焦目镜组与探测器组成；

所述中焦距ⅱ光路中，凸面反射镜处于光路之外，折射物镜与移动透镜组间隔为d42，移动透镜组中物镜1与物镜2间隔为d52，移动透镜组和变焦目镜组间隔为d14，变焦目镜组中的目镜1与目镜2的间隔为d21，目镜2与目镜3的间隔为d31。

进一步的，所述中短焦距光路按光路走向依次由中空反射物镜、折射物镜、移动透镜组、变焦目镜组与探测器组成；

所述中短焦距光路中，凸面反射镜处于光路之外，折射物镜与移动透镜组间隔为d43，移动透镜组中物镜1与物镜2间隔为d53，移动透镜组和变焦目镜组间隔为d15，变焦目镜组中的目镜1与目镜2的间隔为d21，目镜2与目镜3的间隔为d31。

进一步的，所述光学系统f数：f/5.5、f/7、f/8.3可变；长焦距范围：800mm～2000mm、中短焦距范围：100mm～300mm；其适用的探测器可为320×256、640×512、1280×1024的制冷型红外焦平面探测器；适用波长：3μm～5μm、8μm～12μm。

有益效果：

本发明通过凸面反射镜和折射物镜的切换，分别构成了固定折反射物镜组和可变焦目镜组、可变焦物镜组和固定目镜组两种光路构型，实现了长焦距ⅰ、长焦距ⅱ、长焦距ⅲ、中焦距ⅰ、中焦距ⅱ、中短焦距的多视场相互切换。使光学系统在获得长焦距多视场的同时获得了中短焦距多视场，并且各个视场获得高的成像质量。

附图说明

图1：本发明长焦距ⅰ光路图；

图2：本发明长焦距ⅱ光路图；

图3：本发明长焦距ⅲ光路图；

图4：本发明中焦距ⅰ光路图；

图5：本发明中焦距ⅱ光路图；

图6：本发明中短焦距光路图。

其中，1：中空反射物镜、2：凸面反射镜、3：移动透镜组；3-1：物镜1；3-2：物镜2；4：变焦目镜组；4-1：目镜1；4-2：目镜2；4-3：目镜3；4-4：目镜4；5：探测器、6：折射物镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1-6为本发明提供的一种长焦距变焦光学系统构型的光路图，光路示意图是采用将固定折反射物镜组和可变焦目镜组相结合的光路构型，实现了长焦距ⅰ、长焦距ⅱ和长焦距ⅲ的切换；通过将凸面反射镜切出光路、折射物镜切入光路，折射物镜与运动物镜组构成可变焦物镜组，可变焦物镜组和固定目镜组相结合，实现了中焦距ⅰ、中焦距ⅱ和中短焦距的相互切换。

如图1所示，按光路走向依次设置中空反射物镜1、凸面反射镜2、移动透镜组3、变焦目镜组4与探测器5，组成长焦距ⅰ光路，此时，折射物镜6处于光路之外；

长焦距ⅰ光路中，移动透镜组3和变焦目镜组4间隔为d11，变焦目镜组4中的目镜14-1与目镜24-2的间隔为d21，目镜24-2与目镜34-3的间隔为d31。

如图2所示，以长焦距ⅰ光路为基础，将移动透镜组3和变焦目镜组4间隔调整为d12，变焦目镜组中的目镜14-1与目镜24-2的间隔调整为d22，目镜24-2与目镜34-3的间隔调整为d32，组成长焦距ⅱ光路，折射物镜处于光路之外。

如图3所示，以长焦距ⅱ光路为基础，将移动透镜组3和变焦目镜组4间隔调整为d13，变焦目镜组4中的目镜14-1与目镜24-2的间隔调整为d23，目镜24-2与目镜34-3的间隔调整为d33，组成长焦距ⅲ光路，折射物镜6处于光路之外。

如图4所示，以长焦距ⅲ光路为基础，将折射物镜6切入光路、凸面反射镜2切出光路，设置折射物镜6与移动透镜组3间隔为d41，移动透镜组3中物镜13-1与物镜23-1间隔为d51，将移动透镜组3和变焦目镜组4间隔调整为d11，变焦目镜组4中的目镜14-1与目镜24-2的间隔调整为d21，目镜24-2与目镜34-3的间隔调整为d31，形成中焦距ⅰ光路，凸面反射镜2处于光路之外。

如图5所示，以中焦距ⅰ光路为基础，将折射物镜6与移动透镜组3间隔调整为d42，移动透镜组3中物镜13-1与物镜23-2间隔调整为d52，移动透镜组3和变焦目镜组4间隔调整为d14，变焦目镜组4中的目镜14-1与目镜24-2的间隔调整为d21，目镜24-2与目镜34-3的间隔调整为d31，组成中焦距ⅱ光路，凸面反射镜2处于光路之外。

如图6所示，以中焦距ⅱ光路为基础，将折射物镜6与移动透镜组3间隔调整为d43，移动透镜组3中物镜13-1与物镜23-2间隔调整为d53，移动透镜组3和变焦目镜组4间隔调整为d15，变焦目镜组4中的目镜14-1与目镜24-2的间隔调整为d21，目镜24-2与目镜34-3的间隔调整为d31，组成中短焦距光路，凸面反射镜2处于光路之外。

具体光学参数见下表所示。

长焦光路光学参数表(单位：mm)

中短焦光路光学参数表(单位：mm)

非球面方程为：

其中：r——与光轴的距离；

r——非球面顶点出的曲率半径；

k——二次曲线常数；

a、b、c、d——非球面系数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。