[发明专利]一种大视场摆扫二维像移补偿双通道成像仪光学系统

说明书

技术领域：

本发明属于航空光电成像技术领域，涉及一种应用于无人机、飞机吊舱等各种航空平台的高分辨率航空光学相机，特别指一种具有二维像移补偿功能的机载大视场面阵摆扫双通道成像仪的光学系统。

背景技术：

现代航空光电成像技术的发展，要求航空相机具备在高空高速飞行的情况下获取大视场高分辨率图像的能力。传统的大视场航空相机通常采用旋转摆镜或棱镜扫描的方式，不仅扫描速率慢，而且体积庞大，无法适应现代无人机和机载光电吊舱等新式航空平台的安装要求。同时高速运动中的航空相机在成像过程中由于像元曝光时间内平台处于运动状态，会产生像移导致图像模糊，空间分辨率严重下降，这些都是在新一代航空相机光学系统设计中需要考虑的因素。

美国的Andrew J.Partynski和Stephen R.Beran等人在专利US 6,694 B2和US 6,374,047中公布的一种双波段侦察相机采用了面阵摆扫的设计方案，不过该相机光学系统仅具有一维像移补偿功能，且由于采用卡塞格林系统导致光学调制传递函数(MTF)降低，同时相机的相对口径都小于1：4；Raytheon公司的DB-110侦察相机同样采用了面阵摆扫方案，光学系统同样为卡塞格林系统，相对口径小于1：5，而较小的相对口径和光学系统存在中心遮拦都会造成相机系统对辐射信号的收集能力减弱和空间分辨率的下降。

发明内容：

针对现有同类光学系统的不足和新一代航空相机研制的实际需求，本发明提出了一种大视场摆扫二维像移补偿双通道成像仪光学系统，该光学系统不仅可实现双通道复合探测，且能在保证光学系统调制传递函数水平的情况下具备二维像移补偿功能，同时近似轴对称的光路排布能有效降低摆扫的转动惯量，在满足整机摆扫的大视场高速扫描要求的同时适应无人机、飞机吊舱等大部分新式航空平台的安装需求。

本发明采取的技术方案是：一种大视场摆扫二维像移补偿双通道成像仪光学系统，由前向像移补偿镜2、离轴三反无焦望远镜3、第二折转镜4、横向像移补偿镜5、第三折转镜6、分色片7、通道一成像镜组8、通道一像面9、通道二成像镜组10和通道二像面11等部分组成。整个相机光学系统的光路以光轴3-5为对称轴呈近似轴对称分布，在有效减小航空相机摆扫时的转动惯量的同时适应无人机和飞机吊舱等航空平台的安装需求；光学系统的望远镜采用离轴三反无焦望远镜的形式，不仅具有较大的成像视场和相对口径，而且避免了中心遮拦而使得光学系统调制传递函数能保持在较高的水平，同时后续通道模块均为平行光入射，便于整个相机光学系统的模块化设计与集成；无焦望远镜具有实的入瞳和出瞳以便于放置前向像移补偿镜2和横向像移补偿镜5，满足相机对于二维像移补偿的技术需求；采用反射式望远镜的设计方案消除了色差的影响从而能够满足双光谱通道的复合探测需求；

所述光学系统光路以离轴主镜光轴3-5为对称轴呈近似轴对称分布，该对称轴也作为整机摆扫时的转轴；离轴三反无焦望远镜3中较小的次镜3-2、第一折转镜3-3和望远镜后的第二折转镜4位于光轴3-5的下侧，较大的三镜3-4位于光轴3-5的上侧，且前向像移补偿镜2、离轴三反无焦望远镜3和第二折转镜4相对光轴3-5左右对称，通道一成像镜组8和通道二成像镜组10分别位于光轴3-5左右两侧且安装面与光轴3-5成一定角度使得光路相对光轴3-5上下分布；

离轴三反无焦望远镜3采用具有中间像面的离轴三反无焦形式，其入瞳位于离轴主镜3-1前方，出瞳位于第二折转镜4与分色片7之间，在入瞳和出瞳位置处分别放置前向像移补偿镜2和横向像移补偿镜5，离轴三反无焦望远镜3的出瞳同时作为通道一成像镜组8和通道二成像镜组10的入瞳，通道一成像镜组8和通道二成像镜组10的出瞳可位于最后一个光学面与像面之间以适应红外探测通道100％冷屏效率的要求；

通道一成像镜组8和通道二成像镜组10前续光路共用，地面目标辐射信号1先后经过前向像移补偿镜2和离轴三反无焦望远镜3后，出射的平行光束依次经第二折转镜4、横向像移补偿镜5和第三折转镜6，由分色片7进行光谱分光，分光后的两个光谱通道分别由通道一成像镜组8和通道二成像镜组10成像在通道一像面9和通道二像面11上；

前向像移补偿镜2、离轴三反无焦望远镜3、第二折转镜4、横向像移补偿镜5和第三折转镜6等共用光路中的元件均为反射型光学器件，表面镀有宽谱段的金属反射膜，可适应不同光谱探测通道应用；