[发明专利]一种红外两档变焦面阵扫描光学系统

摘要

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。

主权项

1.一种红外两档变焦面阵扫描光学系统，包括前固定组(100)、变焦组(200)、后固定组(300)、振镜(400)、二次会聚组(500)、转折反射镜(600)、三次成像组(700)、窗口(800)、孔径光阑(900)、像面(1000)，其特征在于：来自物方的成像光束依次经过前固定组(100)、变焦组(200)、后固定组(300)后，变为平行光束，经过振镜(400)转折后，在经过二次会聚组(500)、转折反射镜(600)、三次成像组(700、)窗口(800)、孔径光阑(900)后，在像面上成像；所述的变焦组(200)在前固定组(100)与后固定组(300)之间沿光轴移动，靠近前固定组(100)位置时，光学系统的焦距为短焦；靠近后固定组(300)时，系统焦距为长焦，通过变焦组(200)两个位置的移动，实现光学系统的两档焦距；所述的变焦组(200)沿光轴方向移动微调，实现不同物距的调焦功能，使光学系统清晰成像范围覆盖10米～无穷远；所述的变焦组(200)沿光轴方向移动微调，补偿光学系统不同工作温度下的焦面漂移，使光学系统处于‑30℃～+60℃范围内不同工作温度时，像质良好，焦面位置不变；系统的短焦焦距为f₁，长焦焦距为f₂，系统的变倍比为：Γ＝f₂/f₁；系统的变倍比范围为1≤Γ≤3；红外的系统的F数范围在：2.0≤F/#≤5.5；所述的后固定组(300)为正透镜，由前固定组(100)、变焦组(200)、后固定组(300)组成望远系统，来自无穷远的光线，经过前面三组之后，以平行光出射，其出瞳位于振镜(400)位置；光学系统入瞳位置位于前固定第一透镜(101)的前表面；所述的孔径光阑(900)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(600)与光路夹角为45°，将光路转折90°；所述的振镜(400)位于平行光路中；具有两种工作状态：锁紧状态与往返扫描状态；振镜(400)处于锁紧状态时，与望远镜光轴程45°放置，将光路转折90°；光学系统应用于凝视跟踪模式，进行两倍变焦，振镜(400)处于往返扫描状态时，光学系统应用于周扫搜索模式，通过振镜往返扫描来补偿平台扫描转动带来的曝光时间内的物面的移动，保持图像清晰。光学系统在两档焦距的状态下，均可应用于周扫搜索模式；α₁为系统处于短焦状态时，振镜(400)的有效回摆扫描半角，α₂为系统处于长焦状态时振镜(400)有效回摆扫描半角，α₁、α₂满足以下公式：上式中，τ为探测器积分时间，V₁为短焦平台周扫速度、β₁为短焦状态下由前固定组(100)、变焦组(200)、后固定组(300)组成望远系统的放大倍率；V₂为长焦平台周扫速度、β₂为长焦状态下由前固定组(100)、变焦组(200)、后固定组(300)组成望远系统的放大倍率。