一种转折型小型化长波红外连续变焦光学系统的制作方法

本发明涉及红外光学系统领域，具体涉及一种转折型小型化长波红外连续变焦光学系统。

背景技术：

1、红外热成像系统因具有抗干扰性强、作用距离远、可全天候、全天时工作等优点，在军事与民用领域皆已得到广泛的应用。在军事上，可实现对军事目标的搜索、侦察、识别与跟踪，红外成像的精确制导，武器平台的驾驶、导航。在民用领域，红外成像技术已成为预防性维护领域最有效的检测工具，它能够在设备发生故障之前，快速、准确的发现故障。在工业、遥感、医学、电力设备检测和科学研究等许多方面也得到广泛应用。

2、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。

3、为提高非制冷红外连续变焦光学系统的温度灵敏度即减小系统的最小可分辨温差，需要减小系统的f#、提高光学系统的透过率和传递函数。在进行光学系统设计时，尽可能增大系统的通光孔径，这就使得非制冷红外连续变焦光学系统的口径较大、长度较长。对于安装在球形空间内的红外光学系统，需要控制总长度，总长度短的光学系统有利于实现总体系统的小型化设计。

4、申请号为201520063577.7的中国专利申请公开了一种连续变焦非制冷长焦热成像镜头，该变焦光学系统长焦端的焦距为150mm，光学系统的总长度为244mm。

5、申请号为201510415786.8的中国专利申请公开了一种连续变焦非制冷红外热像仪，该变焦光学系统焦距为30～150mm，光学系统的总长度为286.88mm。

6、申请号为201921561612.2的中国专利申请公开了一种5倍长波红外连续变焦镜头，该变焦光学系统长焦端的焦距为150mm，适配的探测器分辨率为640×512，17μm×17μm。根据公开参数，该镜头在不计最后一片透镜至成像面的距离的情况下，长度为194.54mm。

7、申请号为201821510740.x的中国专利申请公开了一种便携长焦距经济型长波红外连续镜头，该镜头的有效焦距efl＝30～150mm，f数＝1.15@f150mm，f数＝0.81@f30mm，光学系统总长＝235mm，适配探测器分辨率640×480，像元大小17μm。

8、申请号为202123050114.1的中国专利申请公开了一种红外连续变焦镜头，该红外连续变焦镜头的放大倍数为5倍，有效焦距为30～150mm，视场角范围为5.2°～26.8°，适配的探测器分辨率为640×512，17μm×17μm，光学系统的总长度为222.98mm。

技术实现思路

1、为解决当前连续变焦长波红外镜头长度较长的技术问题，本发明提供一种转折型小型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、一种转折型小型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光轴设置的第一弯月形正透镜，双凹负透镜，双凸正透镜，第二弯月形正透镜，弯月形负透镜，平面转折反射镜，第三弯月形正透镜组成，所述平面转折反射镜的法线与光轴的夹角为45°，通过所述平面折转反射镜使弯月形负透镜的出射光线与第三弯月形正透镜的入射光线之间的夹角为90°，通过轴向移动双凹负透镜和双凸正透镜实现光学系统焦距的改变。

4、进一步地，所述的第一弯月形正透镜、第二弯月形正透镜、弯月形负透镜的凹面均朝向平面转折反射镜的反射面设置，第三弯月形正透镜的凹面背向平面转折反射镜的反射面设置。

5、进一步地，当系统焦距由短焦向长焦变化时，所述双凹负透镜沿轴向向远离第一弯月形正透镜的方向移动，所述双凸正透镜沿轴向向接近第一弯月形正透镜的方向移动。

6、进一步地，所述双凹负透与第一弯月形正透镜的中心间隔为12.21～49.38mm，所述双凸正透镜与第二弯月形正透镜的中心间隔为5.5～43.63，在由大视场至小视场的变化过程中，双凹负透镜的行程为37.17mm，双凸正透镜的行程为38.13mm。

7、进一步地，所述光学系统采用轴向移动第三弯月形正透镜的方式实现由物距变化或温度变化造成的离焦进行补偿。

8、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、第二弯月形正透镜、弯月形负透镜和第三弯月形正透镜的材质均为单晶锗ge，平面转折反射镜的材质为石英。

9、进一步地，所述的第一弯月形正透镜满足以下条件：0.7≤f1/f≤0.9，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；

10、所述的双凹负透镜满足以下条件：-0.3≤f2/f≤-0.2，其中f为光学系统长焦状态的焦距、f2为双凹负透镜满的有效焦距；

11、所述的双凸正透镜满足以下条件：0.2≤f3/f≤0.4，其中f为光学系统长焦状态的焦距、f3为双凸正透镜的有效焦距；

12、所述的第二弯月形正透镜满足以下条件：0.6≤f4/f≤0.7，其中f为光学系统长焦状态的焦距、f4为第二弯月形正透镜的有效焦距；

13、所述的弯月形负透镜满足以下条件：-0.3≤f5/f≤-0.2，其中f为光学系统长焦状态的焦距、f5为弯月形负透镜的有效焦距；

14、所述的第三弯月形正透镜满足以下条件：0.2≤f6/f≤0.3，其中f为光学系统长焦状态的焦距、f6为第三弯月形正透镜的有效焦距；

15、进一步地，双凹负透镜朝向物方一侧表面s3、第二弯月形正透镜朝向物方一侧表面s7、以及第三弯月形正透镜朝向折转反射镜一侧表面s11均为非球面。

16、进一步地，所述的弯月形负透镜朝向物方一侧表面s9为衍射非球面。

17、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：30mm～150mm；视场为：14.6°×11.7°～2.93°×2.35°；适配640×512，12μm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。

18、有益效果：

19、1、本发明光学系统采用机械正组补偿组式变焦形式，通过各透镜光焦度的合理分配，实现了30mm～150mm连续变焦，通过在成像光路中引入反射镜，经过反射镜折转后形成“l”型光学结构形式，有效缩短了光学系统的长度，光学系统尺寸为190mm(长)×138mm(宽)×138mm(高)，有利于实现系统整机结构的小型化设计。

20、2、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。