非制冷切換式雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非制冷切換式雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外熱像儀不受霧、雨、塵等不良?xì)庀髼l件的限制，探測(cè)距離大，可實(shí)現(xiàn)全天候觀 察。非制冷紅外熱像儀以其不需制冷、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，目前在公路、電力等民用安防領(lǐng)域 以及軍事領(lǐng)域，都得到了廣泛應(yīng)用。紅外光學(xué)系統(tǒng)作為紅外熱像儀的核心部件，可分為單視 場(chǎng)、雙視場(chǎng)、多視場(chǎng)以及連續(xù)變焦等形式。雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)和窄視場(chǎng)的 切換，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在軍事領(lǐng)域有其不可替代的地位。
[0003] 之前報(bào)道的非制冷雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)是通過(guò)軸向移動(dòng)透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)切 換，如專利號(hào)為201010516394. 8的非制冷雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)發(fā)明專利、專利號(hào)為 201420073363. 3的一種小尺寸非制冷雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)實(shí)用新型專利。軸向移動(dòng)變倍雙 視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)，變倍時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)快速切換，容易造成高速移動(dòng)目標(biāo)脫靶。 在某些軍事領(lǐng)域，對(duì)光軸穩(wěn)定性有很高的要求，由于凸輪加工精度及結(jié)構(gòu)件配合等問(wèn)題，設(shè) 備經(jīng)過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)后，很難保證高精度的光軸穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是，提供一種非制冷切換式雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)，以解決軸向移動(dòng) 雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)切換時(shí)間長(zhǎng)、難實(shí)現(xiàn)高精度光軸穩(wěn)定性的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 本發(fā)明提供了一種非制冷切換式雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)，從物方到像方依次包括前 固定組、切換變倍組、后固定組以及調(diào)焦組；
[0007] 所述前固定組，具有正屈光度，用于對(duì)光進(jìn)行匯聚；
[0008] 所述切換變倍組，具有正屈光度，用于切換長(zhǎng)焦和短焦；光學(xué)系統(tǒng)處于短焦時(shí)，外 界輻射通過(guò)前固定組、后固定組和調(diào)焦組匯聚到探測(cè)器焦平面上；光學(xué)系統(tǒng)處于長(zhǎng)焦時(shí)，外 界輻射通過(guò)前固定組、切換變倍組、后固定組和調(diào)焦組匯聚到探測(cè)器焦平面上；
[0009] 所述后固定組，具有負(fù)屈光度；
[0010] 所述調(diào)焦組，具有正屈光度的用于補(bǔ)償不同物距、不同溫度下像面的漂移。
[0011] 本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)中，所述前固定組包括一片凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺正透 鏡。
[0012] 本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)中，所述切換變倍組包括一片凹面朝向物側(cè)的彎月形鍺負(fù) 透鏡和一片凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺正透鏡。
[0013] 本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)中，所述后固定組包括一片凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺負(fù)透 鏡和一片凹面朝向物側(cè)的彎月形硒化鋅負(fù)透鏡。后固定組由兩片彎月負(fù)透鏡組成，該光學(xué) 系統(tǒng)的孔徑光闌設(shè)置在鍺負(fù)透鏡前表面。
[0014] 本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)中，所述調(diào)焦組包括一片雙凸形鍺正透鏡。
[0015] 本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)中，所述切換變倍組第一片透鏡第一面、后固定組第一片 透鏡第一面均采用高次非球面。
[0016] 本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)中，該光學(xué)系統(tǒng)的工作波段為8~12 ym，F(xiàn)#為1. 1。
[0017] 本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)中，所述切換變倍組旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)行窄視場(chǎng)、寬視場(chǎng)變換，在 窄視場(chǎng)時(shí)，所述切換變倍組不切入光路。
[0018] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、雙視場(chǎng)的成像質(zhì)量良好、 系統(tǒng)采用切換變倍進(jìn)行雙視場(chǎng)轉(zhuǎn)換，雙視場(chǎng)切換過(guò)程中沒(méi)有間隙配合運(yùn)動(dòng)組件，避免了間 隙配合誤差對(duì)系統(tǒng)光軸的影響，在高強(qiáng)度的振動(dòng)條件下能有效保證高精度光軸穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：
[0020] 圖Ia為本發(fā)明實(shí)施例非制冷雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)在短焦位置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖Ib為本發(fā)明實(shí)施例非制冷雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)在長(zhǎng)焦位置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2a為本發(fā)明實(shí)施例非制冷雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)在短焦位置時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)傳遞 函數(shù)圖；
[0023] 圖2b為本發(fā)明實(shí)施例非制冷雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)在長(zhǎng)焦位置時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)傳遞 函數(shù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例的非制冷切換式雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)如圖Ia和圖Ib所示，從物方 到像方依次為前固定組1、切換變倍組2、后固定組3和調(diào)焦組4。其中：
[0026] 前固定組1為一片凸面朝向物方的彎月形鍺正透鏡；
[0027] 切換變倍組2由一片凹面朝向物方的彎月鍺負(fù)透鏡21和一片凸面朝向物方的彎 月鍺正透鏡22組成。光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)將切換變倍組旋轉(zhuǎn)90°來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦和短焦的切換。
[0028] 光學(xué)系統(tǒng)處于短焦時(shí)，外界輻射通過(guò)前固定組1、后固定組3和調(diào)焦組4匯聚到探 測(cè)器焦平面上；光學(xué)系統(tǒng)處于長(zhǎng)焦時(shí)，外界輻射通過(guò)前固定組1、切換變倍組2、后固定組3 和調(diào)焦組4匯聚到探測(cè)器焦平面上。該光學(xué)系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。
[0029] 表1具體實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)表
[0030]
[0031]
[0032] 表2具體實(shí)施實(shí)例傳遞函數(shù)值
[0033]
[0034] 表1中，曲率半徑是指每個(gè)鏡片表面的曲率半徑，厚度或間隔是指鏡片厚度或相 鄰鏡片表面距離，材料是鏡片所用材料，空氣是指兩個(gè)透鏡之間介質(zhì)為空氣。
[0035] 為使光學(xué)系統(tǒng)獲得比較好的像質(zhì)，光學(xué)系統(tǒng)中使用兩片非球面，且避免在口徑較 大的前固定組設(shè)置非球面，分別位于切換變倍組第一片透鏡21的第一面和后固定組第一 片透鏡31的第一面。表3是其非球面系數(shù)。
[0036] 表3具體實(shí)施例中使用非球面系數(shù)
[0037]
[0038] 非球面方程定義如下：
[0039]
[0040] 本發(fā)明通過(guò)實(shí)際使用證明：該光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、雙視場(chǎng)的成像質(zhì)量良好、系統(tǒng)變 倍切換時(shí)間短、振動(dòng)試驗(yàn)后，能保證高精度光軸穩(wěn)定性。
[0041] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非制冷切換式雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，從物方到像方依次包括前固 定組、切換變倍組、后固定組以及調(diào)焦組； 所述前固定組，具有正屈光度，用于對(duì)光進(jìn)行匯聚； 所述切換變倍組，具有正屈光度，用于切換長(zhǎng)焦和短焦；光學(xué)系統(tǒng)處于短焦時(shí)，外界輻 射通過(guò)前固定組、后固定組和調(diào)焦組匯聚到探測(cè)器焦平面上；光學(xué)系統(tǒng)處于長(zhǎng)焦時(shí)，外界輻 射通過(guò)前固定組、切換變倍組、后固定組和調(diào)焦組匯聚到探測(cè)器焦平面上； 所述后固定組，具有負(fù)屈光度； 所述調(diào)焦組，具有正屈光度的用于補(bǔ)償不同物距、不同溫度下像面的漂移。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述前固定組包括一片凸面朝向物 側(cè)的彎月形鍺正透鏡。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述切換變倍組包括一片凹面朝向 物側(cè)的彎月形鍺負(fù)透鏡和一片凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺正透鏡。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述后固定組包括一片凸面朝向物 側(cè)的彎月形鍺負(fù)透鏡和一片凹面朝向物側(cè)的彎月形硒化鋅負(fù)透鏡； 后固定組由兩片彎月負(fù)透鏡組成，該光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌設(shè)置在鍺負(fù)透鏡前表面。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)焦組包括一片雙凸形鍺正透 鏡。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述切換變倍組第一片透鏡第一面、 后固定組第一片透鏡第一面均采用高次非球面。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)的工作波段為8~ 12ym，F(xiàn)# 為 1. 1〇8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述切換變倍組旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)行窄視 場(chǎng)、寬視場(chǎng)變換，在窄視場(chǎng)時(shí)，所述切換變倍組不切入光路。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種非制冷切換式雙視場(chǎng)紅外光學(xué)系統(tǒng)，從物方到像方依次包括前固定組、切換變倍組、后固定組以及調(diào)焦組；所述前固定組，具有正屈光度，用于對(duì)光進(jìn)行匯聚；所述切換變倍組，具有正屈光度，用于切換長(zhǎng)焦和短焦；光學(xué)系統(tǒng)處于短焦時(shí)，外界輻射通過(guò)前固定組、后固定組和調(diào)焦組匯聚到探測(cè)器焦平面上；光學(xué)系統(tǒng)處于長(zhǎng)焦時(shí)，外界輻射通過(guò)前固定組、切換變倍組、后固定組和調(diào)焦組匯聚到探測(cè)器焦平面上；所述后固定組，具有負(fù)屈光度；所述調(diào)焦組，具有正屈光度的用于補(bǔ)償不同物距、不同溫度下像面的漂移。本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、雙視場(chǎng)的成像質(zhì)量良好、系統(tǒng)變倍切換時(shí)間短、振動(dòng)試驗(yàn)后，能保證高精度光軸穩(wěn)定性。
【IPC分類】G02B13/18, G02B7/04, G02B13/00, G02B13/14, G01J5/08, G02B7/02
【公開(kāi)號(hào)】CN104914557
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510388632
【發(fā)明人】趙坤, 吳耀, 王海濤, 熊濤, 李勇, 黃則兵
【申請(qǐng)人】湖北久之洋紅外系統(tǒng)股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年7月3日