CN103018901A - 一种红外搜索和跟踪一体化光学成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外搜索和跟踪一体化光学成像系统，转台上包括从物方到成像方依次设置的望远透镜组、回扫摆镜和聚焦透镜；望远透镜组，用于收集物方的红外辐射，并将入射光束的口径进行压缩，以平行光射出；回扫摆镜，用于在搜索状态下时随着转台的转动而来回摆动，使望远透镜组收集的物方的红外辐射在经聚焦透镜处理后，在凝视型探测器上稳定图像，在跟踪状态下时停止摆动，使望远透镜组收集的物方的红外辐射在经聚焦透镜处理后直接在凝视型探测器上成像，在转台带动下进行跟踪；聚焦透镜，用于将回扫摆镜出射的平行光聚焦在凝视型探测器的焦平面上进行成像。该系统结构简单，可同时实现搜索和跟踪，大大方便了用户。

Description

一种红外搜索和跟踪一体化光学成像系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种红外搜索和跟踪一体化光学成像系统。
背景技术
红外搜索和跟踪系统是一种重要的目标探测装置，能对低空、超低空目标进行预警，并确定目标的坐标，可以实现水平360°空域在红外探测器上快速成像。在对空监视、低空防空、空间预警等领域具有非常广阔的应用价值。
但是，现有的红外搜索和跟踪系统是分离的两套系统，不能同时实现搜索和跟踪，给用户造成了不必要的麻烦。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种红外搜索和跟踪一体化光学成像系统，将红外搜索和跟踪集成一体，大大方便了使用者。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种红外搜索和跟踪一体化光学成像系统，转台上包括从物方到成像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜、回扫摆镜和聚焦透镜；
所述第一透镜为正屈光度的单晶锗透镜，且所述第一透镜为凸面朝向物方的弯月形透镜；
所述第二透镜为正屈光度的单晶锗透镜，且所述第一透镜为凸面朝向物方的弯月形透镜；
所述第三透镜为负屈光度的硒化锌透镜，且所述第三透镜为凸面朝向物方的弯月形透镜；
所述第四透镜为正屈光度的单晶锗透镜，且所述第四透镜为凸面朝向所述回扫摆镜方向的弯月形透镜；
所述回扫摆镜通过转动轴固定在底座上，所述底座固定在所述转台上；
所述聚焦透镜为弯月形透镜锗透镜，所述聚焦透镜的凸面朝向所述回扫摆镜方向。
优选地，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的组合焦距为f1，所述第四透镜焦距为f2，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的组合放大倍数为M=f1/f2。
优选地，所述回扫摆镜为一个平面镜。
优选地，在搜索状态下时，所述回扫摆镜随着所述转台的转动而在所述底座上来回摆动，使所述第四透镜收集的物方的红外辐射经所述聚焦透镜后在凝视型探测器上稳定图像。
优选地，在跟踪状态下时，所述回扫摆镜在所述底座上静止，使所述第四透镜收集的物方的红外辐射经所述聚焦透镜后在所述凝视型探测器上成像。
优选地，在搜索状态下时，所述回扫摆镜来回摆动的角度为0-2°。
优选地，在跟踪状态下时，所述回扫摆镜的角度为0°。
优选地，所述转台的速度为V1，所述回扫摆镜来回摆动的速度是V，则V=M·V1。
优选地，所述聚焦透镜的焦距为f3，则光学成像系统的焦距为f=M·f3。
本发明有益效果如下：
本发明提供的红外搜索和跟踪一体化光学成像系统，该系统的回扫摆镜在搜索状态下时来回摆动，使探测器稳定图像，在跟踪状态下时停止摆动，通过凝视型探测器直接成像，在所述转台带动下进行跟踪；通过回扫摆镜状态的改变，实现搜索和跟踪。该系统的结构简单，可同时实现搜索和跟踪，大大方便了用户。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例的红外搜索和跟踪一体化光学成像系统示意图；
图2为本发明实施例的红外搜索和跟踪一体化光学成像系统示意图；
图3A至图3C为本发明实施例的红外搜索和跟踪一体化光学成像系统在搜索位置时的成像光学仿真数据图；
图4A至图4C为本发明实施例的红外搜索和跟踪一体化光学成像系统在跟踪位置时的成像光学仿真数据图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明实施例提供了一种红外搜索和跟踪一体化光学成像系统，参见图1和2，
转台1设置一个支架14，在支架14上从物方到成像方依次设置的望远透镜组11、回扫摆镜12和聚焦透镜13；
所述望远透镜组11，用于收集物方的红外辐射，并将入射光束的口径进行压缩，以平行光射出；
所述望远透镜组11包括从物方到成像方依次设置的第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113和第四透镜114；
所述第一透镜111为正屈光度的单晶锗透镜，且所述第一透镜的凸面朝向物方的弯月形透镜；
所述第二透镜112为正屈光度的单晶锗透镜，且所述第一透镜的凸面朝向物方的弯月形透镜；
所述第三透镜113为负屈光度的硒化锌透镜，且所述第三透镜的凸面朝向物方的弯月形透镜；
所述第四透镜114为正屈光度的单晶锗透镜，且所述第四透镜的凸面朝向所述回扫摆镜方向的弯月形透镜，用于补偿不同物距和不同温度下像面位置的偏移。
所述第一透镜111、所述第二透镜112和所述第三透镜113的组合焦距为f1，所述第四透镜114焦距为f2，所述望远透镜组11的放大倍数为M=f1/f2。
所述回扫摆镜12，用于在搜索状态下时随着所述转台转动来回摆动，使所述望远透镜组收集的物方的红外辐射在经所述聚焦透镜处理后，在凝视型探测器上稳定图像，在跟踪状态下时停止摆动，使所述望远透镜组收集的物方的红外辐射在经所述聚焦透镜处理后直接在所述凝视型探测器上成像，在所述转台带动下进行跟踪；
所述回扫摆镜为一个平面镜。在搜索状态下时，所述回扫摆镜来回摆动的角度为0-2度。在跟踪状态下时，所述回扫摆镜的角度为0度。所述回扫摆镜通过转动轴固定在底座121上，所述转台的速度为V1，所述回扫摆镜来回摆动的速度是V，V=M·V1。
所述聚焦透镜13，用于将所述回扫摆镜出射的平行光聚焦在所述凝视型探测器的焦平面上进行成像。
所述聚焦透镜为第五透镜，所述第五透镜为弯月形透镜锗透镜，所述第五透镜的凸面朝向所述回扫摆镜方向。
所述第五透镜的焦距为f3，则系统的焦距为f=M·f3。
图3A至图3C为本发明实施例的红外搜索和跟踪一体化光学成像系统在搜索位置时的成像光学仿真数据图，其中，3A为本发明实施例中的光学传递函数曲线图，且其横坐标为每毫米的线对数，纵轴为对比度数值，图3B为场图和畸变图，图3C为点阵列图，从图3A至图3C的图形可以看出来其长焦距的光学传递函数、场曲、畸变以及点弥散斑均方根直径均在标准的范围内。
图4A至图4C为本发明实施例的红外搜索和跟踪一体化光学成像系统在跟踪位置时的成像光学仿真数据图。其中，4A为本发明实施例中的光学传递函数曲线图，且其横坐标为每毫米的线对数，纵轴为对比度数值，图4B为场图和畸变图，图4C为点阵列图，从图4A至图4C的图形可以看出来其长焦距的光学传递函数、场曲、畸变以及点弥散斑均方根直径均在标准的范围内。
由此可见，本发明的红外搜索和跟踪一体化光学成像系统具有良好的成像质量。
本发明实施例提供的红外搜索和跟踪一体化光学成像系统，该系统的回扫摆镜在搜索状态下时来回摆动，使探测器稳定图像，在跟踪状态下时停止摆动，通过凝视型探测器直接成像，在所述转台带动下进行跟踪；通过回扫摆镜状态的改变，实现搜索和跟踪。该系统的结构简单，可同时实现搜索和跟踪，大大方便了用户。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种红外搜索和跟踪一体化光学成像系统，其特征在于，转台上包括从物方到成像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜、回扫摆镜和聚焦透镜；
所述第一透镜为正屈光度的单晶锗透镜，且所述第一透镜为凸面朝向物方的弯月形透镜；
所述第二透镜为正屈光度的单晶锗透镜，且所述第一透镜为凸面朝向物方的弯月形透镜；
所述第三透镜为负屈光度的硒化锌透镜，且所述第三透镜为凸面朝向物方的弯月形透镜；
所述第四透镜为正屈光度的单晶锗透镜，且所述第四透镜为凸面朝向所述回扫摆镜方向的弯月形透镜；
所述回扫摆镜通过转动轴固定在底座上，所述底座固定在所述转台上；
所述聚焦透镜为弯月形透镜锗透镜，所述聚焦透镜的凸面朝向所述回扫摆镜方向。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的组合焦距为f1，所述第四透镜焦距为f2，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的组合放大倍数为M=f1/f2。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回扫摆镜为一个平面镜。
4.根据权利要求1或3所述的系统，其特征在于，在搜索状态下时，所述回扫摆镜随着所述转台的转动而在所述底座上来回摆动，使所述第四透镜收集的物方的红外辐射经所述聚焦透镜后在凝视型探测器上稳定图像。
5.根据权利要求1或3所述的系统，其特征在于，在跟踪状态下时，所述回扫摆镜在所述底座上静止，使所述第四透镜收集的物方的红外辐射经所述聚焦透镜后在所述凝视型探测器上成像。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在搜索状态下时，所述回扫摆镜来回摆动的角度为0-2°。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在跟踪状态下时，所述回扫摆镜的角度为0°。
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述转台的速度为V1，所述回扫摆镜来回摆动的速度是V，则V=M·V1。
9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述聚焦透镜的焦距为f3，则光学成像系统的焦距为f=M·f3。
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