[发明专利]一种负补偿式大靶面中波制冷红外连续变焦光学系统

说明书

一种负补偿式大靶面中波制冷红外连续变焦光学系统，采用二次成像、连续变焦设计，经光学及镜头设计，得到仅采用10片镜头的组合，具有较高的透过率，提高了系统灵敏度，同时有效控制了光学系统总长度；采用圆柱凸轮控制变倍组、补偿组运动，具有补偿结构简单的优点；增加视场光阑结构，降低了杂散光对系统成像的影响，提高了系统信噪比；采用冷光阑，且实现效率100％，减少了光束能量损失，提高了系统灵敏度；通过两个平面反射镜改变了系统光轴方向，有效缩短光学系统总长度；该发明的连续变焦红外光学系统具有成像质量高，光学总长小，变倍、补偿结构简单，信噪比、灵敏度高的优点，填补了国内适配于1280×1024大靶面、中波制冷型探测器连续变焦光学系统的空白。

技术领域

本发明涉及机载光电吊舱红外热像仪技术领域，具体涉及一种负补偿式大靶面中波制冷红外连续变焦光学系统。

背景技术

机载光电吊舱系统要求红外热像仪既能够实现大视场的目标搜索，又能够实现远距离目标的小视场跟踪、识别；因此，红外热像仪的光学系统需要设计为连续变焦光学系统来实现这一功能；

连续变焦红外光学系统在变焦过程中目标图像能够始终保持清晰，能够实现变焦范围内任意视场的变换，保证应用在机载光电吊舱时，系统在连续变焦过程中不会丢失跟踪目标，而且能够根据场景和目标特征选择合适的工作视场来提高人机功效；

目前机载光电吊舱系统使用的红外探测器以640×512中波制冷型器件为主，随着红外探测器向着多波段、大面阵、高灵敏度发展，机载光电吊舱系统配备的红外系统也向高清数字化方向发展；美国FLIR公司的StarSAFIRE380-HDc吊舱配备了1280×720像元的中波制冷连续变焦红外热像仪，加拿大L-3通信公司的WESCAM公司的MX-25吊舱配备了1280×720像元的中波制冷连续变焦红外热像仪，法国AIRBUS公司的ARGOS-II HD/HDT吊舱配备了1280×1024像元的中波制冷连续变焦红外热像仪，但国内机载光电吊舱系统最高均为640×512像元的中波制冷红外热像仪；

大面阵规模的红外探测器需要适配大靶面的红外光学系统，否则系统输出的图像会出现黑角；因此，设计红外光学系统时，其靶面大小要求大于所选红外探测器的靶面尺寸；同时为提高机载光电吊舱探测距离，对红外光学系统的变焦倍数也有较高要求，因此大靶面连续红外光学系统的总长、体积会相应较大，这与机载光电吊舱对大靶面红外光学系统的总长、体积、重量的要求成为一个矛盾；目前国内未见有能够适配1280×1024大靶面、中波制冷型探测器的连续变焦光学系统。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种负补偿式大靶面中波制冷红外连续变焦光学系统，采用二次成像、连续变焦设计，减小了光学系统直径；经光学及镜头设计，在满足系统成像质量的前提下，得到仅采用10片镜头的组合，因此具有较高的透过率，提高了系统灵敏度，同时有效控制了光学系统总长度；采用圆柱凸轮控制变倍组、补偿组运动，具有补偿结构简单的优点；增加视场光阑结构，降低了杂散光对系统成像的影响，提高了系统信噪比；采用冷光阑，且实现效率100％，减少了光束能量损失，提高了系统灵敏度；通过两个平面反射镜改变了系统光轴方向，有效缩短光学系统总长度；该发明的连续变焦红外光学系统具有成像质量高，光学总长小，变倍、补偿结构简单，信噪比、灵敏度高的优点，满足了对光学系统体积、重量、成像质量都有严苛要求的机载光电吊舱系统的需求，填补了国内适配于1280×1024大靶面、中波制冷型探测器连续变焦光学系统的空白。