CN102262298B - 含透射式空间光调制器的大视场扫描红外光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及含透射式空间光调制器的大视场扫描红外光学系统，属于光学仪器技术领域。该系统包含旋转对称非球面整流罩、消色差旋转雷斯莱棱镜对、透射式空间光调制器、光学成像系统和探测器像面。系统采用符合流体动力学的非球面特殊整流罩，流体动力学性能良好；采用透射式空间光调制器对不同扫描视场时系统的残余像差进行动态相位补偿；利用光楔对所探测的目标进行动态扫描成像，后续光路中成像光学系统固定不动，低温线圈和电子设备不通过旋转机械装置。本发明满足介质动力学特性，系统成像质量好、重量轻、长度短、结构简单，可达到±60°扫描视场，可广泛应用于侦查、救援等领域。
Description
技术领域
本发明属于光学仪器技术领域，涉及一种含透射式空间光调制器的大视场扫描红外光学系统，特别适用于大扫描视场红外焦平面成像。
背景技术
红外成像技术在现代侦察、救援中的作用日益突出。导引头的旋转对称非球面共形整流罩外表面具有较尖的拱状外形，既可以满足光学探测系统的像质要求，也可以满足流体动力学的低阻力要求。但是，当整流罩后面的光学系统对一定范围的视场进行跟踪扫描成像时，由于参与成像的整流罩面型是非球面的，给后续的光学系统引入各种像差，严重影响成像质量。由于在不同扫描视场时系统的残余像差是不同的，采用透射式空间光调制器可以校正系统在不同扫描视场时的像差，从而获得大视场高质量的成像。
与本发明最为接近的已有技术是专利CN.200910236443.X，该光学系统只有5°-10°视场，且全部采用折射元件，系统长度较大、结构复杂，难以满足推进器内部空间狭小的使用条件。
为了克服上述缺点，特设计一种含透射式空间光调制器的大视场扫描红外光学系统，可适于较大范围的扫描视场(±60°)，系统结构简单、长度短，可以利用透射式空间光调制器对不同视场时系统的残余像差进行相位补偿，从而在各个扫描视场都能获得接近衍射极限的调制传递函数(MTF)值。
发明内容
本发明的目的是解决非球面整流罩条件下，系统视场较小及结构复杂的问题，提出一种含透射式空间光调制器的大视场扫描红外光学系统。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明的一种含透射式空间光调制器的大视场扫描红外光学系统包括：旋转对称非球面整流罩(1)，双二次曲面校正板(2)，消色差旋转雷斯莱棱镜对(3)，透射式空间光调制器(4)、球面光学透镜组(5)、球面光学透镜(6)、球面光学透镜组(7)、保护窗口(8)、探测器像面(9)；在光的传播方向上，以上各光学元件依次按顺序同轴排列。
其中，旋转对称非球面整流罩(1)是有旋转对称轴的非球面，双二次曲面校正板(2)用于校正像差，消色差旋转雷斯莱棱镜对(3)可进行大范围视场扫描及消色差，透射式空间光调制器(4)用于对系统进行相位补偿来实现对不同扫描视场残余像差的校正。
本发明具体设计方法如下：
1.采用了一种符合介质动力学的旋转对称非球面整流罩(1)，使用双二次曲面校正板(2)进行像质补偿。在减小介质阻力、提高运动范围的同时，使成像质量接近衍射极限；
2.为了使系统在大的跟踪视场的目标能成像在探测器像面上，采用消色差旋转累斯莱棱镜对(3)对目标进行光机扫描。如图2所示，将雷斯莱棱镜成对使用，光楔对在与光轴垂直的平面内绕着光轴旋转，在后续成像系统不运动的状态下，低温线圈和电子设备不通过旋转机械装置。对一定目标视场范围内进行扫描，结构简单。系统扫描视场可达±60°。
3.为了校正在不同扫描视场时系统所残留的不同波像差，采用透射式空间光调制器(4)对系统进行动态的相位补偿，以实现在各个扫描视场时系统的成像质量都能达到衍射极限，从而可以增大扫描角度，降低系统初始结构的复杂度。
通过以上的设计方法，本发明的一种含透射式空间光调制器的大视场扫描红外光学系统可适于±60°范围的扫描视场，系统结构简单、长度短，在各个不同的扫描视场都可获得接近衍射极限的调制传递函数(MTF)值。
本发明的工作原理：无穷远目标发射的红外辐射依次经过旋转对称非球面整流罩(1)，双二次曲面校正板(2)，消色差旋转雷斯莱棱镜对(3)、透射式空间光调制器(4)，球面光学透镜组(5)、球面光学透镜(6)、球面光学透镜组(7)、保护窗口(8)，照射到探测器像面(9)上，得到最后的像。
有益效果
本发明对比已有技术具有以下显著优点：本发明采用了一种符合流体动力学的旋转对称非球面整流罩，并使用一种双二次曲面校正板进行像质补偿，同时利用透射式空间光调制器的相位补偿作用对系统不同扫描视场时的不同残留像差进行校正。在减小介质阻力、提高运动范围的同时，利用透射式空间光调制器的动态相位补偿使各个扫描视场的成像质量都能接近衍射极限。含有旋转光机扫描结构，在后续成像系统不运动的条件下，进行较大范围的视场扫描(±60°)。系统结构简单、体积紧凑、成像质量高，特别适合于作为红外导引头应用于现代侦查、救援等领域中。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是不同旋转角度的雷斯莱棱镜对操控光线走向示意图；
图3是已有技术的结构示意图；
图中，1-旋转对称非球面整流罩、2-双二次曲面校正板、3-消色差旋转雷斯莱棱镜对、4-透射式空间光调制器、5-球面光学透镜组、6-球面光学透镜、7-球面光学透镜组、8-保护窗口、9-探测器像面、10-整流罩、11-第一单正球面光学透镜、12-第二单正球面光学透镜、13-第一单负球面光学透镜、14-第一单正球面光学透镜组、15-第三单正球面光学透镜、16-第四单正球面光学透镜、17-第二单负球面光学透镜、18-第二单正球面光学透镜组、19-第三单负球面光学透镜、20-保护窗玻璃、21-探测器像面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例如图1所示，本发明将主要应用于大扫描视场红外焦平面成像。可广泛应用于现代侦查、救援等领域中。
如图1所示，本发明的一种含透射式空间光调制器的大视场扫描红外光学系统，包括旋转对称非球面整流罩(1)，双二次曲面校正板(2)，消色差旋转雷斯莱棱镜对(3)，透射式空间光调制器(4)、球面光学透镜组(5)、球面光学透镜(6)、球面光学透镜组(7)、保护窗口(8)、探测器像面(9)；在光的传播方向上，以上各光学元件依次按顺序同轴排列。
实施例中，无穷远目标发射的红外辐射依次经过旋转对称非球面整流罩(1)，双二次曲面校正板(2)，消色差旋转雷斯莱棱镜对(3)、透射式液晶空间光调制器(4)，球面光学透镜组(5)、球面光学透镜(6)、球面光学透镜组(7)、保护窗口(8)，照射到探测器像面(9)上，得到最后的像。
实施例中，旋转对称非球面整流罩(1)是有旋转对称轴的非球面，双二次曲面校正板(2)用于校正像差，消色差旋转雷斯莱棱镜对(3)可进行大范围视场扫描及消色差，透射式空间光调制器(4)用于对系统进行相位补偿来实现对不同扫描视场残余像差的校正。
实施例中透镜具体参数如表1所示。
实施例中，采用的非球面整流罩符合流体动力学原理，使用双二次曲面校正板进行像质补偿，采用透射式空间光调制器对系统的残余像差进行动态补偿，采用旋转光机扫描结构扩大视场，主要有如下优点：
1.在减小介质阻力、提高运动范围的同时，利用透射式空间光调制器的动态相位补偿作用使各个扫描视场的成像质量都接近衍射极限。
2.在后续成像系统不运动的状态下，简化系统结构，进行较大范围的视场扫描(±60°)。
3.由于透射式空间光调制器的动态补偿作用，可以简化初始系统的结构，减小系统的规模和复杂度。
表1(单位：mm)
Claims (3)
1.一种含透射式空间光调制器的大孔径大视场扫描红外光学系统，其特征在于：包括旋转对称非球面整流罩(1)，双二次曲面校正板(2)，消色差旋转雷斯莱棱镜对(3)，透射式空间光调制器(4)、球面光学透镜组(5)、球面光学透镜(6)、球面光学透镜组(7)、保护窗口(8)、探测器像面(9)；在光的传播方向上，以上各光学元件依次按顺序同轴排列；无穷远目标发射的红外辐射依次经过各光学元件后照射到探测器元件上，得到最后的像。
2.根据权利要求1所述的一种含透射式空间光调制器的大孔径大视场扫描红外光学系统，其特征在于：旋转对称非球面整流罩(1)是有旋转对称轴的非球面，双二次曲面校正板(2)用于校正像差，消色差旋转雷斯莱棱镜对(3)可进行大范围视场扫描及消色差，透射式空间光调制器(4)用于对系统进行相位补偿来实现对不同扫描视场残余像差的校正。
3.根据权利要求1所述的一种含透射式空间光调制器的大孔径大视场扫描红外光学系统，其特征在于该系统的设计方法如下：
1)、采用了一种符合介质动力学的旋转对称非球面整流罩(1)，使用双二次曲面校正板(2)进行像质补偿；在减小介质阻力、提高运动范围的同时，使成像质量接近衍射极限；
2)、为了使系统在大的跟踪视场的目标能成像在探测器像面上，采用消色差旋转累斯莱棱镜对(3)对目标进行光机扫描；将雷斯莱棱镜成对使用，光楔对在与光轴垂直的平面内绕着光轴旋转，在后续成像系统不运动的状态下，低温线圈和电子设备不通过旋转机械装置；对一定目标视场范围内进行扫描，结构简单；系统扫描视场可达±60°；
3)、为了校正在不同扫描视场时系统所残留的不同像差，采用透射式空间光调制器(4)对系统进行动态的相位补偿，以实现在各个扫描视场时系统的成像质量都能达到衍射极限，从而可以增大扫描角度，降低系统初始结构的复杂度。
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