一种制冷型三视场红外热像仪的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种制冷型三视场红外热像仪。
【背景技术】
[0002] 作为担负监视和侦察任务的有人机的最好的替代品，无人机在一些国家正吸引大 量投资。作为无人机有效载荷的红外传感器，其市场需求将随无人机呈正比例增长。目前， 制冷型热像仪产品体积大，由于中小型无人机受到起飞重量、体积、空间的限制，其配备的 红外传感器多为非制冷红外热像仪，其探测性能、成像效果受到器件限制。
[0003] 随着无人机在多个领域中的广泛应用，对重量轻、体积小、探测距离远、分辨率高、 三视场的制冷型热像仪的需求也越来越迫切，其中小视场用于目标的识别，中视场用于目 标的探测，大视场用于搜索、发现目标、并具备辅助导航、起降功能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种制冷型三视场红外热像仪，用以解决现有的红外热像仪 探测性能不佳的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明的方案包括一种制冷型三视场红外热像仪，包括红外光 学系统和探测器成像组件；
[0006] 所述红外光学系统的F数为4,该光学系统的窄视场焦距为137mm、中视场焦距为 55mm、宽视场焦距为23mm;该光学系统包括同光轴依次设置的物镜、变倍镜、补偿镜、后固定 镜组和会聚镜组，通过轴向移动变倍镜和补偿镜实现视场切换和调焦。
[0007] 所述红外探测器采用640X480小型化制冷型探测器;所述红外光学系统具有4° X 3°、10° Χ7·5°、24° X18°三个视场。
[0008] 所述后固定镜组包括依次设置的第一固定镜、第二固定镜、第三固定镜和第四固 定镜，所述会聚镜组包括依次设置的第一会聚镜和第二会聚镜;所述红外光学系统还包括 反射镜组，该反射镜组包括沿光路依次设置的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述 第四固定镜出射的光线依次经第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的反射后射入到所述 第一会聚镜中。
[0009] 所述光学系统还包括一个设置在第一反射镜和第二反射镜之间、用于通过光信号 的视场光阑。
[0010] 该系光学系统在窄视场时:物镜和变倍镜间隔为40.6mm、变倍镜和补偿镜间隔为 8mm、补偿镜和后固定镜组间隔为8mm;在中视场时:物镜和变倍镜间隔为21.6mm、变倍镜和 补偿镜间隔为20.5_、补偿镜和后固定镜组间隔为14.5_;在宽视场时:物镜和变倍镜间隔 为9.2_、变倍镜和补偿镜间隔为39.4_、补偿镜和后固定镜组间隔为8mm;
[0011] 该光学系统在三个视场中：第一固定镜和第二固定镜间隔为1_、第二固定镜和第 三固定镜间隔为40.5mm、第三固定镜和第四固定镜间隔为2mm、第四固定镜和第一反射镜间 隔为23mm、第一反射镜和视场光阑间隔为39.37_、视场光阑和第二反射镜间隔为12.63_、 第二反射镜和第三反射镜间隔为19mm、第三反射镜和第一会聚镜间隔为8.5mm、第一会聚镜 和第二会聚镜间隔为1_。
[0012] 所述物镜的靠近像方的表面、所述变倍镜的靠近物方的表面、所述补偿镜的靠近 像方的表面、所述第三固定镜的靠近物方的表面、所述第四固定镜的靠近物方的表面和所 述第二会聚镜的靠近物方的表面为非球面，所述第三固定镜的靠近物方的表面为衍射面。
[0013] 所述探测器成像组件包括依次串接的红外探测器、探测器接口模块和信号处理及 成像模块，所述红外探测器用于接收所述红外光学系统输出的红外图像信息，所述探测器 接口模块用于连接所述红外探测器和信号处理及成像模块，所述信号处理及成像模块用于 处理红外探测器采集到的所述红外图像信息。
[0014] 所述热像仪还包括控制组件，所述控制组件包括变倍调焦控制板和电机，所述变 倍调焦控制板控制连接电机，电机用于控制变倍镜和补偿镜沿轴向移动，所述信号处理及 成像模块与所述变倍调焦控制板通信连接。
[0015] 所述信号处理及成像模块包括依次串接的模数转换及排序单元、图像预处理单元 和视频成像单元，模数转换及排序单元的输入端用于接收所述红外探测器采集到的所述红 外图像信息。
[0016] 所述变倍镜和补偿镜设置在一个光机结构上，该光机结构采用丝杠-光杆传动的 变倍笼式结构，所述光机结构包括所述电机，通过电机以实现视场切换和调焦。
[0017] 该热像仪采用的红外光学系统通过轴向移动变倍镜和补偿镜的位置，实现视场切 换、变倍和调焦的功能，并且，后续的图像处理部分能够对采集到的红外图像进行有效处 理，防止出现成像不清晰的情况，所以，该热像仪可适用于复杂环境，不管在何种复杂环境 下均能够有效提高图像对比度和细节分辨能力，明显提高图像观察效果，实现光学同轴度、 角偏、光轴一致性等高精度及高低温环境和振动环境高可靠性。另外，该热像仪整体结构较 为简单，涉及到的组成器件不复杂，实现了轻重量、小体积的目标，所以该热像仪能够满足 无人机对重量轻、体积小、探测距离远、分辨率高、三视场的制冷型热像仪的需求。
【附图说明】
[0018] 图1是该红外热像仪的结构示意图；
[0019] 图2是窄视场红外光学系统在X-Z平面的结构示意图；
[0020] 图3是窄视场红外光学系统在Z-Y平面的结构示意图；
[0021 ]图4是中视场红外光学系统在X-Z平面的结构示意图；
[0022] 图5是中视场红外光学系统在Z-Y平面的结构示意图；
[0023] 图6是宽视场红外光学系统在X-Z平面的结构示意图；
[0024] 图7是宽视场红外光学系统在Z-Y平面的结构示意图；
[0025] 图8是红外光学系统和变倍机构的装配爆炸图；
[0026]图9-1至图9-3是红外光学系统和变倍机构的装配三视图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0028]本发明提供的制冷型三视场红外热像仪具体是一种可匹配Φ220吊舱，具有宽温 测温功能、三视场轻量化高分辨率制冷型红外热像仪。该热像仪具有手动、自动增益及偏置 调节、自动调焦、调焦记忆和实时数字图像增强等功能，其是一种可满足对红外辐射远距 离、非接触、快速准确成像和测温应用的制冷型轻小型三视场红外热像仪。
[0029]具体来说，如图1所示，该制冷型三视场红外热像仪包括红外光学系统I和探测器 成像组件，探测器成像组件包括依次串接的红外探测器π、探测器接口模块m和信号处理 及成像模块IV，红外探测器π用于接收红外光学系统I输出的红外图像信息，并且接受到的 图像信息由信号处理及成像模块IV进行处理。
[0030]该红外光学系统I包括同光轴依次设置的物镜、变倍镜、补偿镜、后固定镜组和会 聚镜组，该光学系统的窄视场焦距为137mm、中视场焦距为55mm、宽视场焦距为23mm;通过轴 向移动变倍镜和补偿镜实现视场切换和调焦。为满足接收尽可能多的目标辐射，提高系统 信噪比，光学系统I必须在满足体积要求下具备较大相对孔径。根据探测器性能参数和系统 指标，确定光学系统的F数为4。为了有效的减轻系统体积，并保证成像质量，光学系统采用 轴向变倍的方式，实现三视场的切换，并采用三面反射镜折叠光路，缩小空间体积，部分镜 头采用非球面和衍射面设计，以保证高性能的成像质量，另外，通过补偿镜移动进行调焦， 补偿在-40°C~+60°C的环境温度下，像面飘移造成的系统像质下降的影响，使像面重新聚 焦到到探测器焦平面上。所以，通过调节变倍镜和补偿镜，以及采用折衍混合、二次成像、三 次空间反射等技术方法和轴向变倍、补偿调焦一体化方式，压缩了光学尺寸，实现4° X3°、 10° X7.5°、24° X 18°三个视场。