一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统的制作方法

本发明涉及红外成像光学系统领域，具体涉及一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统。

背景技术：

1、用于目标搜索、识别的光电系统，要求红外热成像系统要既能够实现大视场的目标搜索又能够实现远距离目标的小视场识别。因此，单视场红外光学系统不能满足该要求。红外热像仪的光学系统需要设计为变焦光学系统来实现这一功能。连续变焦红外光学系统短焦距大视场的覆盖率广，长焦距小视场的分辨率高。大视场可用于大范围搜索目标，小视场可用于对目标进行识别；在变焦过程中目标图像能够始终保持清晰，能够实现变焦范围内任意视场的变换，在连续变焦过程中不会丢失跟踪目标，而且能够根据场景和目标特征选择合适的工作视场，大大提高了人机功效。

2、当前，随着红外技术的发展，非制冷红外探测器的面阵规模在不断增大，1024×768，12μm的国产化机芯已开始广泛应用。由于探测器分辨率高，目前非制冷红外连续变焦镜头为实现小型化设计，均引入衍射面进行像差校正，但衍射面会造成通光效率下降，此外衍射面加工成本较高，因此研发一种无衍射面的小型轻量化长波红外连续变焦光学系统具有重要意义。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种无衍射面的小型轻量化长波红外连续变焦光学系统。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统，所述光学系统由从物方至像方依次同轴设置的第一弯月形正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜、第一弯月形负透镜、第二弯月形正透镜、第二弯月形负透镜组成，所述的第一弯月形正透镜、第二弯月形正透镜、第二弯月形负透镜均弯向像方设置，第一弯月形负透镜弯向物方设置，所述双凹负透镜为变倍透镜，所述双凸正透镜为补偿透镜。

4、进一步地，所述第一弯月形正透镜与第双凹负透镜的中心间隔为13.4～30.9mm，所述双凹负透镜与双凸正透镜的中心间隔为4.0～44.8mm，所述双凸正透镜与第一弯月形负透镜的中心间隔为14.4～38.7mm。

5、进一步地，在由大视场至小视场的变化过程中，双凹负透镜的行程为17.5mm，双凸正透镜行程为24.3mm。

6、进一步地，采用轴向移动第一弯月形负透镜的方式实现系统在-40℃～+60℃温度范围内的像面离焦补偿及由于被观察景物的距离变化所引起的系统离焦补偿。

7、进一步地，所述的第一弯月形正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜的材质均为单晶锗ge，所述的第一弯月形负透镜的材质均为znse，所述的第二弯月形正透镜、第二弯月形负透镜的材质均为硫系玻璃irg206。

8、进一步地，所述的光学系统满足以下条件：0.7≤f1/f≤0.9，-0.3≤f2/f≤-0.2，0.3≤f3/f≤0.5，-3.3≤f4/f≤-3.1，0.2≤f5/f≤0.4，-1.8≤f6/f≤-1.6；

9、其中：f为光学系统长焦状态的焦距、f1为第一弯月形正透镜的有效焦距；f2为双凹负透镜的有效焦距；f3为双凸正透镜的有效焦距；f4为第一弯月形负透镜的有效焦距；f5为第二弯月形正透镜的有效焦距；f6为第二弯月形负透镜的有效焦距。

10、进一步地，双凹负透镜朝向像方一侧表面、双凸正透镜朝向物方一侧表面、第一弯月形负透镜朝向物方一侧表面、第二弯月形正透镜朝向物方一侧表面均为非球面。

11、进一步地，所述的光学系统实现的技术参数为：工作波段：8μm～12μm；f#：1.2；焦距：22mm～88mm；视场为：31.2°×23.6°～7.99°×5.99°；适配1024×768，12μm长波红外探测器，其中，f#计算公式为f/d，f为光学系统的焦距，d为入射光瞳直径。

12、有益效果：

13、1、本发明光学系统不含衍射面，可避免由于衍射效率损失造成的光学系统透过率下降问题，从而提高系统的通过效率及灵敏度。

14、2、本发明通过各透镜光焦度的合理分配及非球面位置的优化设置，第一弯月形正透镜的前表面至成像面的距离即该系统的光学总长为135mm，6片透镜的总重量为300g。

15、3、光学系统长度短、镜片重量轻，有利于实现系统的小型化、轻量化；光学在实现22mm～88mm范围内连续变焦的同时，光学系统在特征频率处的传递函数值高，能够增加系统的信噪比，从而有效提高了红外热成像系统的温度分辨率。

16、4、本发明光学系统在变焦过程中运动曲线平滑、连续、不存在拐点，从而保证在变焦过程中全程清晰成像的同时不会出现卡滞现象。

技术特征：

1.一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述光学系统由从物方至像方依次同轴设置的第一弯月形正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜、第一弯月形负透镜、第二弯月形正透镜、第二弯月形负透镜组成，所述的第一弯月形正透镜、第二弯月形正透镜、第二弯月形负透镜均弯向像方设置，第一弯月形负透镜弯向物方设置，所述双凹负透镜为变倍透镜，所述双凸正透镜为补偿透镜。

2.根据权利要求1所述的一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述第一弯月形正透镜与第双凹负透镜的中心间隔为13.4～30.9mm，所述双凹负透镜与双凸正透镜的中心间隔为4.0～44.8mm，所述双凸正透镜与第一弯月形负透镜的中心间隔为14.4～38.7mm。

3.根据权利要求1所述的一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，在由大视场至小视场的变化过程中，双凹负透镜的行程为17.5mm，双凸正透镜行程为24.3mm。

4.根据权利要求1所述的一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，采用轴向移动第一弯月形负透镜的方式实现系统在-40℃～+60℃温度范围内的像面离焦补偿及由于被观察景物的距离变化所引起的系统离焦补偿。

5.根据权利要求1所述的一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述的第一弯月形正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜的材质均为单晶锗ge，所述的第一弯月形负透镜的材质均为znse，所述的第二弯月形正透镜、第二弯月形负透镜的材质均为硫系玻璃irg206。

6.根据权利要求1所述的一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述的光学系统满足以下条件：0.7≤f1/f≤0.9，-0.3≤f2/f≤-0.2，0.3≤f3/f≤0.5，-3.3≤f4/f≤-3.1，0.2≤f5/f≤0.4，-1.8≤f6/f≤-1.6；

7.根据权利要求1所述的一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，双凹负透镜朝向像方一侧表面、双凸正透镜朝向物方一侧表面、第一弯月形负透镜朝向物方一侧表面、第二弯月形正透镜朝向物方一侧表面均为非球面。

8.根据权利要求1所述的一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统，其特征在于，所述的光学系统实现的技术参数为：工作波段：8μm～12μm；f#：1.2；焦距：22mm～88mm；视场为：31.2°x23.6°～7.99°x5.99°；适配1024x768，12μm长波红外探测器，其中，f#计算公式为f/d，f为光学系统的焦距，d为入射光瞳直径。

技术总结
本发明涉及一种小型轻量化长波红外连续变焦光学系统，由从物方至像方依次同轴设置的第一弯月形正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜、第一弯月形负透镜、第二弯月形正透镜、第二弯月形负透镜组成，双凹负透镜为变倍透镜，双凸正透镜为补偿透镜。通过各透镜光焦度的合理分配及非球面位置的优化设置，在实现22mm～88mm范围内连续变焦的同时，成像质量高，在变焦过程中不会出现卡滞现象，且不含衍射面，可避免由于衍射效率损失造成的光学系统透过率下降问题，从而提高系统的通过效率及灵敏度；该系统适配分辨率为1024x768，像元间距为12μm的长波红外探测器，且长度短、重量轻，系统的光学总长为135mm，6片透镜的总重量为300g，有利于实现小型化、轻量化。

技术研发人员：吴海清,刘玉婷,张昉,尹博
受保护的技术使用者：凯迈（洛阳）测控有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13