[发明专利]一种红外拼接成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外拼接成像装置，是共孔径多焦点红外光学设 备，属于视场拼接型红外拼接成像技术领域，广泛适用于高分辨率、大 视场的视场拼接成像。

背景技术

视场拼接型红外拼接成像装置最大特点在于其视场一般大于普通 光电系统，同时具备较高的分辨率。在现代光电成像系统中，系统的视 场与分辨率是系统的重要性能指标。视场扩大可以增加系统的观测范 围，分辨率提高可以改善系统的成像质量。在红外拼接成像系统中，光 学系统焦距和探测器靶面尺寸决定了系统的视场，光学系统的焦距与像 元大小则决定了系统的分辨率。红外探测器受制作工艺、填充系数、灵 敏度、成品率、成本等多种因素的限制，其靶面尺寸、像元大小与数量 也受到限制。在探测器靶面一定的情况下，为了提高成像系统的作用距 离和分辨率等总体指标，需要采用长焦距光学系统，但将不可避免地减 小系统视场，因此在红外探测器靶面尺寸和像元大小一定的情况下，红 外系统视场与分辨率存在相互制约的关系。

为了解决这一矛盾，研制高分辨率大视场光电系统，使红外拼接成 像系统在具有较高分辨率和较远作用距离的同时，也具有较大的视场范 围，大致有以下两种途径：一是采用高分辨率、大面阵红外焦平面阵列 探测器；二是基于现有的小面阵红外探测器，但采用探测器拼接、传感 器拼接、单探测器光机扫描或多探测器光束分光等方式，使长焦时的多 个小视场拼接成一个大视场，以扩大搜索范围。

现有高分辨率大视场系统实现的技术方式分别存在以下主要缺陷：

1、过于依赖探测器器件的性能提高，在探测器器件性能受到限制 时，系统的视场与分辨率的矛盾关系就凸显出来，如一般采用320×256 的小面阵红外探测器，就限制了系统的视场范围；

2、机构复杂，加大了体积、重量、成本。多个传感器直接拼接势 必会增加系统的体积与重量，而采用多个光学镜头，也会增加系统的制 造成本；

3、在分光与拼接成像过程中出现能量衰减。多个传感器拼接方式 与多个分光镜成像方式，均会造成能量衰减，前者由于各个镜头之间的 镜筒遮挡而产生渐晕，后者则因为是分光束分光，在接收能量时会降低 单个光学通道的能量。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的缺点，提供一种共孔径多焦点 的红外拼接成像装置，采取视场分光与多焦点拼接成像，从而实现在不 降低分辨率的前提下将红外拼接成像系统的视场扩大至少一倍；能够充 分的利用现有的红外探测器资源，发挥其潜力；在视场拼接过程中没有 能量损失；降低了系统渐晕；装置外形紧凑，内部精巧，适用性更强。

本发明的技术方案是：一种红外拼接成像装置，它包括分别与连 接体固定连接的前组同心物镜系统，棱锥反射镜系统及后组转像镜系统； 所述前组同心物镜系统包括一组用于将物方各个视场进入的主光线无 折转通过同心的物镜球心并成像在形状为球面像面上的同心物镜，该同 心物镜为成像在凹球面上的球面同心物镜，即具有同一个曲率中心，还 安装有物镜调焦装置；所述棱锥反射镜系统包括棱锥反射镜和安装棱 锥反射镜的镜座，还有用来调整机械轴和光轴之间的偏离值的棱锥反射 镜系统调整装置；所述后组转像镜系统包括若干个折射元件与用于校 正系统的色差与热差的衍射元件，还有后组转像镜系统调整装置。

所述的同心物镜由四片透镜组成；同心物镜的凹像面的曲率半径 在数值上就是系统焦距，这个凹球面的表面曲率中心就是入射光瞳和出 射光瞳，也就是孔径光阑的中心。

所述的同心物镜的主光线沿光轴通过，轴上光束和轴外光束具有相 同的成像质量。

所述的棱锥反射镜至少有四棱锥，以便使物镜出射的能量分为多 路，分别投射到多个后组转像镜系统上，再经过多个探测器成多幅图像， 经过图像拼接后，即可成为一幅完整的大视场图像。

所述的棱锥反射镜为四棱锥。

所述的棱锥反射镜顶点位于同心物镜一次成像面位置。

所述的棱锥反射镜系统调整装置有三个：一是用于调整前组同心物 镜系统的光轴轴向前后位移的同心物镜微调装置，二是用于调整前组同 心物镜系统光轴平行的、安装在镜座径向上的反射镜第一微调装置；三 是用于调整棱锥反射镜反射面法向与后组光轴之间的角度的安装在棱 锥反射镜后面的反射镜第二微调装置。