CN106773027A - 一种透射扫描式光学成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子光学元件技术领域，尤其是一种透射扫描式光学成像系统。它包括激光发射器、激光探测器、红外探测器、光分束器、激光成像镜、红外成像镜、扫描物镜、摆动反射镜、固定反射镜、中继透射镜和折转反射镜；激光发射器发出的激光经过折转反射镜的反射后经由中心通孔入射到摆动反射镜的转动中心处，摆动反射镜将入射的激光进行反射后使激光沿垂直于扫描物镜的方向经由扫描物镜向外透射而出；由扫描物镜接收的红外能量和激光能量经摆动反射镜和固定反射镜的顺序反射后通过中继透射镜透射到光分束器上，光分束器通过激光成像镜将反射的激光能量成像在激光探测器上、通过红外成像镜将透射的红外能量成像在红外探测器上。其视场范围大、成像质量高、目标一致性强。

Description

一种透射扫描式光学成像系统

技术领域

本发明涉及电子光学元件技术领域，尤其是一种透射扫描式光学成像系统。

背景技术

在军事应用领域，现代战场电磁环境日益复杂，对精确制导武器系统提出了新的技战术要求，采用传统的红外、可见光和激光等单一制导模式的武器系统存在一定的缺陷和使用的局限性，难以在复杂战场背景和强电磁干扰环境条件下快速、准确地截获跟踪目标，完成作战使命；因此，发展多频谱或多体制复合寻的制导正日益成为提高各类精确制导武器命中概率的重要途径；显然，为了满足对多频谱多波段信息进行探测的要求，单一的光学成像系统因丢失目标可能性的概率偏大，已经无法满足实际的需求。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种透射扫描式光学成像系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种透射扫描式光学成像系统，它包括激光发射器、激光探测器、红外探测器、光分束器、激光成像镜、红外成像镜、扫描物镜、摆动反射镜、固定反射镜、中继透射镜和折转反射镜；

所述扫描物镜设置于摆动反射镜的反射出光侧并随摆动反射镜作同步摆动，且所述扫描物镜的延长线与摆动反射镜的延长线相交；所述固定反射镜设置于摆动反射镜的反射入光侧，且所述固定反射镜的中心处开设有中心通孔；所述中继透射镜设置于固定反射镜的反射入光侧，且所述中继透射镜的延长线与固定反射镜的延长线相交；所述折转反射镜设置于固定透射镜的透光侧并与固定反射镜平行分布；

所述激光发射器发出的激光经过折转反射镜的反射后经由中心通孔入射到摆动反射镜的转动中心处，所述摆动反射镜将入射的激光进行反射后使激光沿垂直于扫描物镜的方向经由扫描物镜向外透射而出；同时，由所述扫描物镜接收的红外能量和激光能量经摆动反射镜和固定反射镜的顺序反射后通过中继透射镜透射到光分束器上，所述光分束器通过激光成像镜将反射的激光能量成像在激光探测器上、通过红外成像镜将透射的红外能量成像在红外探测器上。

其中，优选方案为：所述摆动反射镜以其中心点为转动轴所作的摆动角度范围为±15°，所述扫描物镜以摆动反射镜的中心点为转动轴随摆动反射镜作同步摆动。

其中，优选方案为：所述激光探测器的像元中心距为200微米、像元数为32x32，所述红外探测器的像元中心距为30微米、像元数为320x256。

其中，优选方案为：所述扫描物镜包括相互间呈平行分布的带有衍射面的硒化锌双凸透镜和带有衍射面的氟化钙双凸透镜。

其中，优选方案为：所述中继透射镜由两片平行分布的硫化锌凸凹透镜构成，所述光分束器包括一光入射面镀有分光膜的锗材质平板透镜，所述激光成像镜由若干片平行分布且均有K9玻璃制成的透镜构成，所述红外成像镜由若干片平行分布红外晶体透镜构成。

其中，优选方案为：所述红外晶体透镜为硅透镜和/或锗透镜。

其中，优选方案为：所述中心通孔的直径为7mm，所述固定反射镜的直径为56mm。

其中，优选方案为：所述激光发射器与折转反射镜之间还设置有一准直透镜，所述准直透镜为一焦距为80±2mm且由BK7玻璃制成的负透镜。

其中，优选方案为：所述负透镜为双凹透镜或平凹透镜。

由于采用了上述方案，本发明利用扫描物镜和摆动反射镜的同步摆动关系，可有效扩展系统的视场范围；利用激光发射器所发出的激光可穿透大面积干扰烟雾，以达到照射目标的目的，进而保证目标的强度像和距离像的获取效果，避免目标丢失；通过设置的中心通孔实现整个系统的激光发射与激光及红外接收的同光轴共口径的复合形式，在保证激光及红外的复合成像的成像质量的基础上，使得激光成像与红外成像所作用的目标具有高度的一致性，从而有效地降低了丢失目标的概率；其结构简单紧凑、视场范围大、成像质量高、目标一致性强，具有很强的实际应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例在正常工位状态下的结构布置示意图；

图2是本发明实施例在极限调整状态下的结构布置示意图(一)；

图3是本发明实施例在极限调整状态下的结构布置示意图(二)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1和图3所示，本实施例提供的一种透射扫描式光学成像系统，它主要由激光发射器a、激光探测器b、红外探测器c、光分束器d、激光成像镜e、红外成像镜f、扫描物镜g、摆动反射镜h、固定反射镜k、中继透射镜m和折转反射镜n等构成；其中，选用整个系统的纵向平面图作为各个组成部件结构关系的基准图，扫描物镜g设置于摆动反射镜h的反射出光侧(即：摆动反射镜h的前方侧)并随摆动反射镜h作同步摆动(两者同步摆动的实现可以根据实际情况进行驱动机构的选择)，且扫描物镜g的延长线与摆动反射镜h的延长线相交(可以理解为两者之间的关系是：在正常工位下，扫描物镜g是沿竖直方向进行放置的，而摆动反射镜h则是由前上方向后下方进行倾斜放置的)；固定反射镜k设置于摆动反射镜h的反射入光侧(即：摆动反射镜h的正下方，且在正常工位下，固定反射镜k与摆动反射镜h均为倾斜设置且相互平行)，且在固定反射镜k的中心处开设有中心通孔p；中继透射镜m设置于固定反射镜k的反射入光侧(即：固定反射镜k的后方侧)，且中继透射镜m的延长线与固定反射镜k的延长线相交；折转反射镜n则设置于固定透射镜k的透光侧(即：固定透射镜k的正下方)并与固定反射镜k平行分布；由此，可使得激光发射器a发出的高斯激光经过折转反射镜n的反射后经由中心通孔p入射到摆动反射镜h的转动中心处，而摆动反射镜h则将入射的激光进行反射后使激光能够沿垂直于扫描物镜g的方向经由扫描物镜g向外透射而出；同时，由扫描物镜g所接收的红外能量和激光能量则经摆动反射镜h和固定反射镜k的顺序反射后通过中继透射镜m透射到光分束器d上，光分束器d再通过激光成像镜e将反射的激光能量成像在激光探测器b上、通过红外成像镜f将透射的红外能量成像在红外探测器c上。

基于系统的结构形式以及部件的功能，本实施例的光学成像系统可实现以下技术效果：1、利用扫描物镜g和摆动反射镜h的同步摆动关系，可有效扩展系统的视场范围；2、利用激光发射器a所发出的激光可穿透大面积干扰烟雾，以达到照射目标的目的，进而保证目标的强度像和距离像的获取效果，避免目标丢失；3、通过设置的中心通孔p实现整个系统的激光发射与激光及红外接收的同光轴共口径的复合形式，在保证激光及红外的复合成像的成像质量的基础上，使得激光成像与红外成像所作用的目标具有高度的一致性，从而有效地降低了丢失目标的概率。

基于各个组成部件之间的布置关系，为保证整个系统的性能，本实施例的摆动反射镜h以其本身中心点为转动轴(即枢轴中心)所作的摆动角度范围为±15°(即：与正常工位时的角度偏差控制在15度内)，从而可使得整个系统的扫描角度控制在30度内，而扫描物镜g则以摆动反射镜h的中心点为转动轴随摆动反射镜h作同步摆动；另外，为完善整个系统的结构，可在扫描物镜g的前方侧罩设弧面结构的防护整流罩r。

为保证成像的质量，尤其是保持目标成像的一致性，本实施例的激光探测器b的像元中心距优选为200微米、像元数优选为32x32、波段优选为1.064微米，相应地，红外探测器c的像元中心距优选为30微米、像元数优选为320x256、波段优选为3-5微米。

由于扫描物镜g相当于整个系统的望远物镜，其成像质量直接决定了整个系统的分辨能力，因此，在最小重量、体积和可用材料的限制下，其色差和热差的合理平衡会成为系统像差校正的关键；同时，基于整个系统存在激光波段和红外波段两个双波段的要求。作为一个优选方案，本实施例的扫描物镜g可主要由相互间呈平行分布的带有衍射面的硒化锌双凸透镜和带有衍射面的氟化钙双凸透镜构成。以此，硒化锌双凸透镜通过使用衍射面型，可使其具有负的色散系数，且通过与氟化钙双凸透镜的搭配不但可以消除色差和热差，也可以相互分担光焦度、减小透镜的曲率从而降低单色像差。

由扫描物镜g所接收的红外能量和激光能量经摆动反射镜h和固定透射镜k的折转作用后通过中继透射镜m到达光分束器d，再通过相应的成像镜成像在相应的探测器上，由于光分束器d要在高效分束的同时完成激光光路的折转(如90度)，故本实施例的光分束器d主要由一光入射面镀有分光膜的锗材质平板透镜构成；由于平板透镜在非平行光路中具有除场曲之外的所有像差，尤其是像散难以由常规透镜进行补偿，因此，本实施例的中继透射镜m由两片平行分布的硫化锌凸凹透镜构成，利用中继透射镜m的结构形式以及选材，可为平板透镜构件平行或近似平行的光路，同时由于中继透射镜m距离像面的距离较近，故也可起到很好的平场曲、控畸变的作用；相应地，为最大限度地优化，目标成像的质量，本实施例的激光成像镜e由若干片平行分布且均有K9玻璃制成的透镜构成，而红外成像镜f则由若干片平行分布红外晶体透镜构成。作为优选方案，本实施例的红外晶体透镜优选硅透镜和/或锗透镜。

由于激光发射与激光及红外接收采用同光轴、共口径的复合结构形式，发射的激光会不可避免地占用部分接收口径，从而造成接收光能的损失；为最大限度地降低能量损失，同时保证接收成像部分与激光发射部分在系统扫描的过程中能够时刻保持同光轴、共口径，本实施例的中心通孔p的直径优选为7mm，而固定反射镜k的直径则优选为56mm。

为保证激光发射器a所发出的高斯激光在经过一定工作距离后，激光的照射能量依然能够覆盖目标且不至于过分发散而造成不必要的能量损失，在激光发射器a与折转反射镜n之间还设置有一准直透镜s，准直透镜s优先采用一焦距为80±2mm(基于上述的各个部件的结构以及材料，经实际检测，焦距的最优值为82mm)且由BK7玻璃制成的负透镜。作为一个优选方案，本实施例的负透镜可根据具体情况采用双凹透镜或平凹透镜。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种透射扫描式光学成像系统，其特征在于：它包括激光发射器、激光探测器、红外探测器、光分束器、激光成像镜、红外成像镜、扫描物镜、摆动反射镜、固定反射镜、中继透射镜和折转反射镜；

所述扫描物镜设置于摆动反射镜的反射出光侧并随摆动反射镜作同步摆动，且所述扫描物镜的延长线与摆动反射镜的延长线相交；所述固定反射镜设置于摆动反射镜的反射入光侧，且所述固定反射镜的中心处开设有中心通孔；所述中继透射镜设置于固定反射镜的反射入光侧，且所述中继透射镜的延长线与固定反射镜的延长线相交；所述折转反射镜设置于固定透射镜的透光侧并与固定反射镜平行分布；

所述激光发射器发出的激光经过折转反射镜的反射后经由中心通孔入射到摆动反射镜的转动中心处，所述摆动反射镜将入射的激光进行反射后使激光沿垂直于扫描物镜的方向经由扫描物镜向外透射而出；同时，由所述扫描物镜接收的红外能量和激光能量经摆动反射镜和固定反射镜的顺序反射后通过中继透射镜透射到光分束器上，所述光分束器通过激光成像镜将反射的激光能量成像在激光探测器上、通过红外成像镜将透射的红外能量成像在红外探测器上。

2.如权利要求1所述的一种透射扫描式光学成像系统，其特征在于：所述摆动反射镜以其中心点为转动轴所作的摆动角度范围为±15°，所述扫描物镜以摆动反射镜的中心点为转动轴随摆动反射镜作同步摆动。

3.如权利要求2所述的一种透射扫描式光学成像系统，其特征在于：所述激光探测器的像元中心距为200微米、像元数为32x32，所述红外探测器的像元中心距为30微米、像元数为320x256。

4.如权利要求3所述的一种透射扫描式光学成像系统，其特征在于：所述扫描物镜包括相互间呈平行分布的带有衍射面的硒化锌双凸透镜和带有衍射面的氟化钙双凸透镜。

5.如权利要求4所述的一种透射扫描式光学成像系统，其特征在于：所述中继透射镜由两片平行分布的硫化锌凸凹透镜构成，所述光分束器包括一光入射面镀有分光膜的锗材质平板透镜，所述激光成像镜由若干片平行分布且均有K9玻璃制成的透镜构成，所述红外成像镜由若干片平行分布红外晶体透镜构成。

6.如权利要求5所述的一种透射扫描式光学成像系统，其特征在于：所述红外晶体透镜为硅透镜和/或锗透镜。

7.如权利要求1-6中任一项所述的一种透射扫描式光学成像系统，其特征在于：所述中心通孔的直径为7mm，所述固定反射镜的直径为56mm。

8.如权利要求7所述的一种透射扫描式光学成像系统，其特征在于：所述激光发射器与折转反射镜之间还设置有一准直透镜，所述准直透镜为一焦距为80±2mm且由BK7玻璃制成的负透镜。

9.如权利要求8所述的一种透射扫描式光学成像系统，其特征在于：所述负透镜为双凹透镜或平凹透镜。