[发明专利]一种红外连续变焦面阵扫描光学系统及像移补偿方法有效

专利信息
申请号: 201911093721.0 申请日: 2019-11-11
公开(公告)号: CN110749986B 公开(公告)日: 2023-07-04
发明(设计)人: 丁学专;黄姜卿;李范鸣;李争;孙夏杰;于洋 申请(专利权)人: 中国科学院上海技术物理研究所
主分类号: G02B15/167 分类号: G02B15/167;G02B26/10;G02B27/00;G01S7/481;G01S17/06;G01S17/66
代理公司: 上海沪慧律师事务所 31311 代理人: 郭英
地址: 200083 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 红外 连续 变焦 扫描 光学系统 补偿 方法
【权利要求书】:

1.一种红外连续变焦面阵扫描光学系统,包括前固定组(1)、补偿组(2)、变倍组(3)、后固定组(4)、扫描振镜(5)、二次会聚组(6)、转折反射镜(7)、三次成像组(8)、光学窗口(9)、孔径光阑(10)、像面(11),其特征在于:

所述的前固定组(1)由前固定第一透镜(1-1)、前固定第二透镜(1-2)组成;前固定第一透镜(1-1)为弯向像方的正光焦度的弯月型硅透镜;前固定第二透镜(1-2)均为弯向像方的负光焦度的弯月型非球面锗透镜;

所述的补偿组(2)为弯向像方的负光焦度的弯月型非球面锗透镜;

所述的变倍组(3)为双凸正光焦度的非球面硒化锌透镜;

所述的后固定组(4)由后固定第一透镜(4-1)、后固定第二透镜(4-2)组成;后固定第一透镜(4-1)为弯向物方的负光焦度的弯月型球面锗透镜、后固定第二透镜(4-2)为弯向物方的正光焦度的弯月型非球面衍射锗透镜;

所述的二次会聚组(6)由二次会聚第一透镜(6-1)、二次会聚第二透镜(6-2)组成;二次会聚第一透镜(6-1)为弯向扫描振镜(5)的负光焦度球面氟化钙透镜;二次会聚第二透镜(6-2)为弯向转折反射镜(7)的正光焦度非球面AMTIR1透镜;

所述的三次成像组(8)由三次成像第一透镜(8-1)、三次成像第二透镜(8-2)组成;三次成像第一透镜(8-1)为弯向转折反射镜(7)的正光焦度的弯月型球面硅透镜;三次成像第二透镜(8-2)为弯向像方的正光焦度的弯月型非球面硅透镜;

来自物方的成像光束依次经过前固定组(1)、补偿组(2)、变倍组(3)、后固定组(4)后,变为平行光束,经过扫描振镜(5)转折后,在经过二次会聚组(6)、转折反射镜(7)、三次成像组(8)、光学窗口(9)、孔径光阑(10)后,在像面上成像;光学系统的变倍比Γ:1Γ≤6;光学系统的F数:4.0≤F≤5.5;

所述的变倍组(3)往物方移动,焦距变短;变倍组(3)往像方移动,焦距变长;在变倍组(3)移动过程中,补偿组(2)对应移动,补偿变焦过程中的像面移动,实现连续变焦;

所述的补偿组(2)沿光轴方向移动,兼顾变焦像面漂移、不同工作温度下的像面漂移,以及不同物距成像像面漂移补偿功能;

由前固定组(1)、补偿组(2)、变倍组(3)、后固定组(4)组成望远系统,来自无穷远的光线,经过前面四组之后,变为平行光出射,其出瞳位于扫描振镜(5)位置;最长焦状态时光学系统入瞳位置位于前固定第一透镜(1-1)的前表面;所述的孔径光阑(10)与系统匹配的红外探测器中冷光阑的位置重合,口径相同;所述的转折反射镜(7)与光路夹角为45°,将光路转折90°。

2.一种基于权利要求1所述的一种红外连续变焦面阵扫描光学系统的像移补偿方法,其特征在于方法如下:

所述的光学系统具有两种工作模式,扫描振镜(5)处于锁紧状态时,与望远镜光轴程45°放置,将光路转折90°,系统工作于凝视跟踪模式,最大变焦倍率可达6倍,变焦过程中畸变小于0.5%;扫描振镜(5)处于往返回扫状态时,光学系统工作于面阵周扫搜索模式,系统可在多档焦距之间变焦,扫描过程不产生离焦,成像清晰;光学系统在多档焦距的状态下,均可应用于扫描模式;α为扫描振镜(5)的有效回摆扫描角度,β为短焦状态下由前固定组(1)、补偿组(2)、变倍组(3)、后固定组(4)组成望远系统的放大倍率;光学系统周扫转速为ω,面阵探测器积分时间为τ;红外光学系统进行面阵周扫的像移补偿时,振镜补偿角度α应满足:

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