本發(fā)明屬于短波紅外成像
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種超寬光譜、大靶面短波紅外中固定組遠攝變焦光學(xué)系統(tǒng)，可應(yīng)用于夜視、偵察與監(jiān)視、遙感、遙感系統(tǒng)、光電對抗等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：軍用光電探測設(shè)備要求探測目標距離大，在對目標既能作大區(qū)域小倍率的概觀，又能作小區(qū)域大倍率的仔細觀察的同時，還要求在低照度及能見度較低的霧、雨、塵等天氣中具有較高的探測靈敏度，目前市場上已有的晝夜/透霧型連續(xù)變焦等系統(tǒng)其功能都是通過切換可見(486nm～656nm)/近紅外濾光片(850nm)來實現(xiàn)透霧功能的，其探測器所使用的芯片靈敏度在近紅外波段都較低。本發(fā)明所提到的系統(tǒng)，配合短波探測器使用，與市場上現(xiàn)有的晝夜/透霧型連續(xù)變焦系統(tǒng)相比可大大提高探測靈敏度，進而提升在低照度及低能見度下的探測能力，且與中、長波紅外熱像儀的大相對口徑相比，該短波紅外系統(tǒng)的體積、質(zhì)量與可見光、微光器材相接近。在軍事上，該系統(tǒng)還可應(yīng)用于夜視、偵察與監(jiān)視、遙感、遙感系統(tǒng)、光電對抗等領(lǐng)域，市場前景廣闊?，F(xiàn)有的專利及文章并無類似報道。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種超寬光譜、大靶面短波紅外中固定組遠攝變焦光學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)工作波段900nm～1700nm，適用于12.8mm×10.24mm大靶面短波紅外攝像機，可大大提高在低照度及能見度較低的霧、雨、塵等天氣的探測靈敏度。一種短波紅外中固定組遠攝變焦光學(xué)系統(tǒng)，從物方到像方依次設(shè)有光焦度為正的前固定組g1、光焦度為負的變倍組g2、光欄、光焦度為正的中固定組g3、光焦度為正的補償組g4、光焦度為負的后固定組g5及像面；其中，變倍組g2和補償組g4沿光軸的前后移動實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)變焦成像；前固定組g1、變倍組g2、中固定組g3、補償組g4滿足如下關(guān)系式：0.32≤f1/ft≤0.38；1.2≤f4/︱f2︱≤2.3；0.85≤f3/f4≤2.8；0.6≤βt4/βw4≤1.4；βt4≤0.5；其中，f1是前固定組g1的焦距值；f2是變倍組g2的焦距值；f3是中固定組g3的焦距值；f4是補償組g4的焦距值；ft是系統(tǒng)最長焦的焦距值；βt4是長焦情況下補償組g4的放大倍率；βw4是短焦情況下補償組g4的放大倍率。較佳的，系統(tǒng)變焦成像過程中，變倍組g2作線性移動，補償組g4作非線性移動。較佳的，當系統(tǒng)的位置狀態(tài)從短焦狀態(tài)向長焦狀態(tài)變化時，前固定組g1和變倍組g2之間的距離一直增大，變倍組g2與中固定組g3的距離一直減小，中固定組g3與補償組g4的距離先減小后增大，補償組g4與后固定組g5的距離先增大后減小。較佳的，所述前固定組g1從物方到像方依次包括第一組雙膠合透鏡l11、第二組雙膠合透鏡l12和單凹透鏡l13。較佳的，前固定組g1中雙膠合透鏡l11中的兩個透鏡分別使用重火石玻璃hzf6和鑭火石玻璃hlaf6la；雙膠合透鏡l12中的兩個透鏡分別使用重火石玻璃hzf6和鑭冕玻璃hlak61；單凹透鏡l13采用重火石玻璃hzf6。較佳的，變倍組g2中包括雙膠合透鏡l21，其中包括材料為玻璃fk61的雙凹透鏡。較佳的，中固定組g3中包括彎月透鏡l32，材料為玻璃fk61。較佳的，中固定組g3中包括雙膠合透鏡l33，其中的雙凸透鏡材料為玻璃fk61。本發(fā)明具有如下有益效果：通過對具有中固定組連續(xù)變焦結(jié)構(gòu)形式的使用，實現(xiàn)了在短波紅外波段，具有超寬光譜、大靶面成像能力，系統(tǒng)使用材料普遍、未使用非球面，大大降低了成本，提高了可靠性。該系統(tǒng)還可應(yīng)用于夜視、偵察與監(jiān)視、遙感、遙感系統(tǒng)、光電對抗等領(lǐng)域，市場前景廣闊。附圖說明圖1為光學(xué)系統(tǒng)主要組成圖，g1由3組鏡片組成，l11、l12、l13；g2由3組鏡片組成，l21、l22；sto為光欄；g3由3組鏡片組成，l31，l32，l33；g4由2組鏡片組成，l41、l42；g5由2組鏡片組成，l51、l52；simage為像面。圖2為光學(xué)系統(tǒng)不同焦距的圖示，圖2.1為最短焦位置圖示；圖2.2為中焦位置圖示；圖2.3為最長焦位置圖示。圖3為系統(tǒng)的綜合像質(zhì)評價函數(shù)mtf(傳遞函數(shù))在不同位置時的圖示，圖3.1為最短焦位置mtf圖示；圖3.2為中焦位置mtf圖示；圖3.3為最長焦位置mtf圖示；圖4為本發(fā)明的具體實施方式中變倍、補償?shù)囊苿恿考皩?yīng)的焦距值示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明的一種超寬光譜、大靶面短波紅外中固定組遠攝變焦光學(xué)系統(tǒng)，如圖1所示，沿光線入射方向分別設(shè)有光焦度為正的前固定組g1、光焦度為負的變倍組g2、光欄sto、光焦度為正的中固定組g3、光焦度為正的補償組g4、光焦度為負的后固定組g5及像面simage。變倍組g2與補償組g4在變焦距過程中以一定規(guī)律相對運動，實現(xiàn)系統(tǒng)在超寬光譜短波紅外波段，大靶面上連續(xù)變焦成像。后固定組g5中具有負光焦度的膠合鏡用于調(diào)焦，與以往的前組聚焦系統(tǒng)相比能使系統(tǒng)口徑變小，因而適于迅速的聚焦。本發(fā)明的系統(tǒng)，實現(xiàn)需滿足兩個條件：(1)焦距或放大率的連續(xù)改變；(2)在變焦過程中像面位置穩(wěn)定。這兩個條件是由變倍組g2和補償組g4的移動來實現(xiàn)的。為了實現(xiàn)變倍目的，變倍組g2沿軸作線性移動，此時垂軸放大倍率改變，像點移動，為了滿足像點不動，補償組g4需作相應(yīng)的運動。其中，變倍組g2由左向右作線性移動時，焦距由短變長，同時像面也發(fā)生位移，用補償組g4作相應(yīng)的少量非線性移動，以達到系統(tǒng)既變倍而像面位置又穩(wěn)定的要求。變倍組g2與補償組g4的位置是一一對應(yīng)的。當系統(tǒng)的位置狀態(tài)從短焦狀態(tài)向長焦狀態(tài)變化時，前固定組g1和變倍組g2之間的距離一直增大，變倍組g2與中固定組g3的距離一直減小，中固定組g3與補償組g4的距離先減小后增大，補償組g4與后固定組g5的距離先增大后減小。前固定組g1、變倍組g2、中固定組g3、補償組g4滿足如下關(guān)系式：0.32≤f1/ft≤0.38公式11.2≤f4/︱f2︱≤2.3公式20.85≤f3/f4≤2.8公式30.6≤βt4/βw4≤1.4公式4βt4≤0.5公式5其中，f1是前固定組g1的焦距值；f2是變倍組g2的焦距值；f3是中固定組g3的焦距值；f4是補償組g4的焦距值；ft是系統(tǒng)最長焦的焦距值；βt4是長焦情況下補償組g4的放大倍率；βw4是短焦情況下補償組g4的放大倍率。前固定組g1包括正光焦度的雙膠合透鏡l11、正光焦度的雙膠合透鏡l12、負光焦度的雙凹透鏡l13；變倍組g2包括負光焦度的雙膠合透鏡l21、負光焦度的雙凹透鏡l22；中固定組g3包括負光焦度的彎月透鏡l31、正光焦度的彎月透鏡l32、正光焦度的雙膠合透鏡l33；補償組g4包括正光焦度的彎月透鏡l41、正光焦度的雙凸透鏡l42；后固定組g5包括負光焦度的雙膠合透鏡l51、正光焦度的雙凸透鏡l52。本系統(tǒng)的工作光譜范圍寬為900nm～1700nm，色差及二級光譜難以校正，前固定組g1對系統(tǒng)二級光譜的貢獻量最大，而使用雙膠合透鏡可以更好的對色差進行校正，因此前固定組g1采用雙雙單的結(jié)構(gòu)，第一組雙膠合透鏡l11使用低色散重火石玻璃hzf6，高色散鑭火石玻璃hlaf6la；第二組雙膠合透鏡l12使用低色散重火石玻璃hzf6，l13采用重火石玻璃hzf6。通過兩組雙膠合玻璃及一單透鏡玻璃實現(xiàn)前固定組色差及二級光譜的校正。為使倍率色差容易校正一些，變倍組g2本身需要消色差，因此使用雙膠合透鏡l21來實現(xiàn)消色差，l21中的雙凹透鏡為超低色散玻璃fk61，彎月透鏡為重火石玻璃hzf6；l22為鑭火石玻璃hlaf3。中固定組g3、后固定組g5主要作用是縮短總長，平衡其它鏡組的二級光譜。其中，中固定組g3中l(wèi)31為鋇冕玻璃hbak5；；彎月透鏡l32和雙膠合透鏡l33中的雙凸透鏡為超低色散玻璃fk6，雙膠合透鏡l33中的彎月透鏡為重火石玻璃hzf6。后固定組g5中，雙膠合透鏡l51中由一個雙凹透鏡一個雙凸透鏡組成，齊總的雙凸透鏡為重火石玻璃hzf6，雙凹透鏡為重鋇火石玻璃hzbaf5；雙凸透鏡l52為重火石玻璃hzf6。補償組g4中，雙膠合透鏡l41中的雙凸透鏡為重冕玻璃hzk3l，彎月透鏡為重火石玻璃hzf6；雙凸透鏡l42為鋇冕玻璃hbak6。在本實施例中，該光學(xué)系統(tǒng)的工作光譜范圍為900nm～1700nm,焦距為50mm～500mm，變倍比為10倍，相對孔徑為1：3～1：5，像元數(shù)目640×512，像元尺寸20μm，探測器類型ingaas。實施例：本實施例的具體數(shù)據(jù)如下表所示：表中，曲率半徑是指每個表面的曲率半徑，間隔是指兩相鄰表面間的距離，舉例來說，表面s1的間隔，即表面s1至表面s2間的距離。焦距(毫米)d12(毫米)d23(毫米)d34(毫米)d45(毫米)504.94107.6117.2512.25216.6378.7433.806.8922.62500109.543.0025.034.48其中，d12表示前固定組g1、變倍組g2之間距離；d23表示變倍組g2、中固定組g3之間距離；d34表示中固定組g3、補償組g4之間距離；d45表示補償組g4、后固定組g5之間距離。本發(fā)明提供的超寬光譜、大靶面短波紅外中固定組遠攝變焦光學(xué)系統(tǒng)，通過對具有中固定組連續(xù)變焦結(jié)構(gòu)形式的使用，實現(xiàn)了在短波紅外波段，具有超寬光譜、大靶面成像能力，系統(tǒng)使用材料普遍、未使用非球面，大大降低了成本，提高了可靠性。后固定組g5中具有負光焦度的膠合鏡用于調(diào)焦，與以往的前組聚焦系統(tǒng)相比能使系統(tǒng)口徑變小，因而適于迅速的聚焦。系統(tǒng)可大大提高在低照度及能見度較低的霧、雨、塵等天氣的探測靈敏度，還可應(yīng)用于夜視、偵察與監(jiān)視、遙感、遙感系統(tǒng)、光電對抗等領(lǐng)域，市場前景廣闊。從圖3中可以看出，系統(tǒng)mtf均大于0.3@25lp/mm，針對該探測器能夠滿足高成像質(zhì)量要求。圖4為本發(fā)明的變倍、補償?shù)囊苿恿考皩?yīng)的焦距值示意圖，從圖中可以看出變倍、補償?shù)囊苿恿孔兓骄?，針?05mm口徑的凸輪，壓力角小于40°，能夠很好的滿足機械傳動力學(xué)要求。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁12