[发明专利]一种红外两档变焦面阵扫描光学系统

说明书

本发明公开了一种红外两档变焦面阵扫描光学系统，从物面到像面依次包括：前固定组、变焦组、后固定组、振镜、二次会聚组、转折反射镜、三次成像组、窗口、孔径光阑。通过变焦组沿光轴方向移动，来实现两档变倍。变焦组沿光轴方向的距离微调，同时实现不同工作温度的补偿与不同物距的清晰成像。通过振镜以特定频率进行相应角度范围的往返扫描，可补偿由于扫描平台转动带来的曝光时间内的物面的移动，保持系统在旋转扫描时成像清晰与稳定，没有拖影。系统变焦形式简洁、通过一组光学元件的移动，可实现两档变焦面阵扫描、两档凝视跟踪、‑30℃～+60℃工作温度补偿、不同距离成像的调焦。可实用于中波及长波两档变焦搜索与跟踪一体的红外系统中。

技术领域

本发明涉及红外探测光学系统，特别的，是涉及到一种两档变焦面阵扫描的红外光学系统。

背景技术

红外搜索跟踪系统是一种采用被动方式工作的成像探测设备，可完成对目标的搜索、跟踪和定位，具有隐蔽性好、探测范围广、定位精度高、识别伪装能力强以及抗电磁干扰等多种优点，已得到了广泛关注和应用。

第二代红外告警系统是利用红外线列探测器，以1Hz左右的转速扫描成像。告警系统仅具备扫描成像功能，发现目标后，无法对目标进行跟踪。随着搜索与跟踪一体化的应用需求，发展了连续扫描型面阵探测器成像系统。连续扫描型面阵成像系统在积分时间内的扫描，会导致焦平面和景物之间产生相对运动，造成拖尾，使图像变得模糊。通过回摆补偿技术，可实现同时具备红外周扫搜索以及凝视跟踪功能的面阵扫描红外系统。

国外开展了基于面阵探测器的扫描型红外搜索跟踪系统的相关应用研究。在2014年的法国巴黎海军装备展上，HGH红外系统公司推出的高分率广域监视系统-Spynel-X8000。该系统采用反扫补偿型像移补偿方案，采用制冷型中波红外面阵探测器，可以2秒/圈的搜索速率完成方位360°扫描，俯仰视场5°。

2012年西安工业大学针对光电预警探测系统展开研究，采用中波3.7-4.8um的面阵探测器，分辨率320×256。输出图像帧频50HZ，系统焦距90mm，光学系统F数为2。反扫补偿的方式，利用一块有限转角直流力矩电机带动反射镜实现系统对焦平面热像仪凝视补偿功能，消除面阵列器件在周视搜索过程中图像拖尾的现象。(白波.采用焦平面探测器的红外搜索跟踪系统关键技术研究，采用焦平面探测器的红外搜索跟踪系统关键技术研究[D].西安工业大学)

2014年，CN 104539829 A发明中，公开了一种基于红外面阵探测器扫描成像的光机结构，该结构实现了单个红外面阵探测器在360度全方位扫描成像，保证红外图像获取时不因为平台旋转而产生模糊效应，可以充分发挥面阵红外焦平面探测器积分时间长、灵敏度高的特点。

2016年，中国科学院上海技术物理研究所设计了面阵探测器连续扫描成像光学系统，系统焦距73mm，F/2，搭配320×256的探测器。(于洋，王世勇等.面阵探测器连续扫描成像光学系统，红外与激光工程，2016，45(1):0118002-1～0118002-5)

由此可见，目前报道的红外面阵扫描光学系统均为定焦距设计，尚不具备变焦功能。其360°周扫搜索，以及凝视跟踪时，对目标的分辨率不能变化，无法兼顾大视场搜索以及小视场详查的功能。

发明内容

基于上述问题的存在，本发明提出了红外两档变焦面阵扫描光学系统。本发明的目的是：提供一种红外两档变焦面阵扫描光学系统，通过一组光学元件的移动，可实现两档变焦面阵扫描、两档凝视跟踪、-30℃～+60℃工作温度补偿、不同距离成像的调焦。

本发明要解决的技术问题是：一是解决两种焦距状态下，消除振镜回摆带来的像差，保证扫描过程中成像清晰；二是解决两种焦距状态下，减小振镜回摆带来的畸变，保证图像在回摆过程中，全视场范围内的配准，使图像保持稳定。三是提供一种解决方案，通过单组元移动，同时实现两档变焦面阵扫描、两档凝视跟踪、-30℃～+60℃工作温度补偿、不同距离成像的调焦。