[发明专利]红外光机系统变焦、变倍光轴一致性调试机构及方法

说明书

红外光机系统变焦、变倍光轴一致性调试机构及方法，属于红外技术领域，尤其涉及一种红外光机系统在观瞄视场切换、连续变焦、变倍过程中光轴一致性的调试机构及方法。红外光机系统变焦、变倍光轴一致性调试方法，包括对光学补偿、机械补偿光机系统的调试方法，调试方法顺序对窄视场或长焦视场、宽视场或短焦视场、中视场或中焦视场、窄视场或长焦视场、宽视场或短焦视场下对光轴一致性进行调整。该调试机构结构简单、调试方便、重复性及稳定性好。该调试方法根据光学补偿、机械补偿光机系统及两视场光机系统分类具有普遍适用性，并且调试效率高，光轴调试完成后不影响光机系统成像质量。

技术领域

本发明属于红外技术领域，尤其涉及一种红外光机系统在观瞄视场切换、连续变焦、变倍过程中光轴一致性的调试机构及方法。

背景技术

红外热像仪在军事领域内常搭载于装甲、两栖车辆，有人、无人机载平台上，用于对地面、空中、海面目标红外辐射、太阳光反射信息的搜索、识别以及瞄准。

红外热像仪光学系统通常会设计多个固定观瞄视场或者连续的变焦视场，视场角较大焦距较短的称为宽视场，视场角较小焦距较长的称为窄视场，中等视场角及焦距的称为中视场。宽视场、中视场通常用于宽广区域目标的搜索探测，窄视场用于目标的识别、跟踪、瞄准。当宽视场下发现目标后，由操作人员发送视场切换指令给热像仪伺服控制系统，热像仪光机系统根据指令进行视场切换或者连续变焦至窄视场，进行目标的识别、跟踪及瞄准。如在进行视场切换或者连续变焦的过程中热像仪光轴存在较大的偏差、跳动，切换至窄视场时将会导致跟踪目标丢失、无法瞄准打击命中目标，因此红外光机系统在观瞄视场切换、连续变焦过程中光轴的一致性是热像仪的最基本最重要的指标之一。目前军用热像仪普遍要求变焦过程光轴一致性优于0.1mrad。

红外光机系统根据其调焦变倍过程中光学系统的焦距值变化规律可分为两大类：一类是连续变焦、变倍光机系统，通过变倍透镜组和补偿透镜组的规律运动实现光学系统焦距值的连续变化，变倍过程可实现连续清晰成像；另一类是间断变焦、变倍光机系统，即通过切换光学系统中的某个透镜组来间断地改变光学系统的焦距值，完成不同视场间的切换，变倍过程中光机系统不能连续清晰成像，只在某几个特定位置上清晰成像。

变焦、变倍光机系统的基本原理是利用光机系统中一个或多个透镜的移动来改变系统的组合焦距。由于单个透镜的焦距是固定不变的，因此，一般需要通过改变系统中不同透镜之间的间隔来实现光学系统组合(等效)焦距的变化。当一个透镜组移动时，系统的像面位置也随之发生改变，为了使得系统像面位置保持不变，需要移动另外一个或一组透镜来补偿像面位移。通常，把引起焦距变化的透镜组称为变倍组，对像面位置起到补偿作用的透镜组成为补偿组。

变焦、变倍光机系统通常由前固定透镜组、变倍透镜组、补偿透镜组、后固定透镜组四个部分构成。根据变倍透镜组和补偿透镜组的运动方式的不同将变焦型式分为光学补偿变焦和机械补偿变焦。光学补偿变焦方式只能设计成两视场或是三视场光机系统热像仪，而机械补偿变焦方式可设计成多视场及连续变焦光机系统热像仪。

红外光学系统的视场切换或者连续变焦依靠一部分光学透镜的规律机械运动来实现，由于机械结构件、光学元件的加工存在误差，光机组件装配时也存在装调误差。通常，完成热像仪光机组件装配后变焦光轴一致性都是无法满足要求的，都需要后期精准调试。

光学补偿和机械补偿光学系统，因其光机结构简单，成像质量好且容易实现较大的变倍比与较小的像面漂移而被广泛运用，成为主流的红外光机系统设计方法。但是对红外光机系统变焦、变倍过程中光轴一致性调试机构及方法均未有记载。以往的红外光机系统对光轴一致性要求并不高，在光轴的稳定性是考核的重点，通常光轴一致性在5mrad以内就能满足使用要求，这样的指标依靠光机结构件的精密机械加工和光学元件计算机辅助装调技术就能实现。随着智能弹药、无人平台技术的发展，普遍要求红外光机系统变焦过程中光轴一致性优于0.1mrad才能满足使用要求，这种高指标要求依靠精密加工和光学元件计算机辅助装调技术是远远不能实现的，还必须依靠后期的精密光轴一致性装调技术保证。

发明内容