CN109917544A - 一种透射式扫描稳像光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透射式扫描稳像光学系统，包括：像方远心光学镜组(1)和中继透镜组(3)，还包括：平行平板(2)、摆动电机(4)和光阑(5)。所述像方远心光学镜组(1)、平行平板(2)、中继透镜组(3)、光阑(5)按照从前往后的次序同轴排列，摆动电机(4)与平行平板(2)相连；工作时，摆动电机(4)带动平行平板(2)左右摆动，实现入射光轴的左右摆动，用于补偿光学系统扫描产生的像移。本发明实现了一种透射式扫描稳像光学系统，使得光路更加简洁，光学系统更加易于加工和装调；在满足光电搜索跟踪系统光轴稳定要求的同时，整体轻小型化；同时，降低了对于转台等设备的负载要求。

Description

一种透射式扫描稳像光学系统
技术领域
本发明涉及一种扫描稳像光学系统，特别是一种透射式扫描稳像光学系统。
背景技术
在光电搜索跟踪系统中，光学系统置于一维转台上快速转动扫描，来实现对目标的快速搜索。此时，若光学系统没有在扫描方向上的稳像功能，将会产生像移，使得最终成像一片模糊。
为了实现光学系统快速转动的同时，对目标实时成像，光学系统需要实现快速稳像功能。以往的光学系统采用的快速稳像方式是反射式稳像方式，即使用平面快摆反射镜折转光学系统光路，平面快摆反射镜安装在摆动电机上。通常由前组望远系统、快摆反射镜、后组中继系统、折转反射镜等组成。
工作时，反射镜按光学系统扫描转动方向的反方向转动，实时改变入射光轴的方向，补偿扫描过程中的像移，使图像在探测器积分时间内保持稳定。反射式稳像方式要求入射平面反射镜的光路是平行光，光学系统至少三次成像，且光路只能采用折转型式，通常为U型折转。导致光路复杂，光学系统尺寸、重量均较大，同时，折转光路使得光学系统加工、装调都变得复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透射式扫描稳像光学系统，解决传统扫描稳像光学系统至少三次成像，且光路只能采用折转型式，通常为U型折转。导致光路复杂，光学系统尺寸、重量均较大，同时，折转光路使得光学系统加工、装调都变得复杂的问题。
一种透射式扫描稳像光学系统，包括：像方远心光学镜组和中继透镜组，还包括：平行平板、摆动电机和光阑。
所述像方远心光学镜组、平行平板、中继透镜组、光阑按照从前往后的次序同轴排列，摆动电机与平行平板相连，用于带动平行平板左右摆动。平行平板放置于像方远心光学镜组形成的汇聚光束之中；中继透镜组放置于像方远心镜组形成的汇聚像点之后；光阑放置于中继透镜组之后，像面之前。
优选地，透射式扫描稳像光学系统工作时，外部成像光线进入像方远心光学镜组，经过像方远心光学镜组之后汇聚。像方远心光学镜组的特点是不同视场角度的成像光线经过像方远心光学镜组之后，其主光线均平行于光轴出射。汇聚光束经过平行平板之后汇聚成中间像面。平行平板的特点是光线经过倾斜放置的平行平板时，发生平移，而且光线平移的距离随着平行平板的倾斜角度增大而增加。中间像面经过中继透镜组汇聚之后，再经过光阑，最终成像至像面。
优选地，平行平板的倾斜角度在±5°范围。
优选地，当平行平板垂直于光轴放置时，入射光线不发生平移，光学系统的入射主光线平行于光轴。当平行平板倾斜放置时，入射光线在平行平板处发生平移。由于光阑位于平行平板之后，限定了主光线在平行平板之后的位置。因此，主光线在像方远心镜组的出射位置发生平移，即入射主光线的角度发生了偏转。当扫描稳像光学系统旋转扫描时，摆动电机带动平行平板以预定角度反向旋转，补偿扫描过程中的像移。当需要补偿的像移量较大，增大平行平板的摆动角度。
优选地，平行平板的预定角度在±5°角度。
优选地，当采用锗作为平行平板材料，平行平板厚度为5mm时，平行平板倾斜5°，则光线平移0.327mm，在焦距为f的像方远心光学透镜组中，入射角倾斜角度为arctan(0.327/f)。
优选地，当入射波段为中波红外时，平行平板透射玻璃材料为硅材料。
优选地，当入射波段为可见光波段时，平行平板透射玻璃材料为融石英或者K9玻璃。
优选地，当入射波段为中波红外时，平行平板透射玻璃材料为锗材料。
优选地，当入射波段为长波红外时，平行平板透射玻璃材料为锗材料。
本发明实现了一种透射式扫描稳像光学系统，使得光路更加简洁，光学系统更加易于加工和装调。在满足光电搜索跟踪系统光轴稳定要求的同时，整体轻小型化。同时，降低了对于转台等设备的负载要求。
透射式扫描稳像光学系统使用透射元件实现稳像，光路中不需要平行光，光学系统不需要多次折转，光路简洁，可实现光学系统整体轻小型。
附图说明
图1一种透射式扫描稳像光学系统的结构示意图；
图2一种透射式扫描稳像光学系统入射光轴偏转示意图。
1.像方远心光学镜组 2.平行平板 3.中继透镜组 4.摆动电机 5.光阑
具体实施方式
一种透射式扫描稳像光学系统，包括：像方远心光学镜组1和中继透镜组3，还包括：平行平板2、摆动电机4和光阑5。
所述像方远心光学镜组1、平行平板2、中继透镜组3、光阑5按照从前往后的次序同轴排列，摆动电机4与平行平板2相连，用于带动平行平板2左右摆动。平行平板2放置于像方远心光学镜组1形成的汇聚光束之中；中继透镜组3放置于像方远心镜组形成的汇聚像点之后；光阑5放置于中继透镜组3之后，像面之前。
透射式扫描稳像光学系统工作时，外部成像光线进入像方远心光学镜组1，经过像方远心光学镜组1之后汇聚。像方远心光学镜组1的特点是不同视场角度的成像光线经过像方远心光学镜组1之后，其主光线均平行于光轴出射。汇聚光束经过平行平板2之后汇聚成中间像面。平行平板2的特点是光线经过倾斜放置的平行平板2时，发生平移，而且光线平移的距离随着平行平板2的倾斜角度增大而增加，通常在±5°范围即可。中间像面经过中继透镜组3汇聚之后，再经过光阑5，最终成像至像面。
当采用锗作为平行平板2材料，平行平板2厚度为5mm时，平行平板2倾斜5°，则光线平移0.327mm，在焦距为f的像方远心光学透镜组中，入射角倾斜角度为arctan0.327/f。
当平行平板2垂直于光轴放置时，入射光线不发生平移，光学系统的入射主光线平行于光轴。当平行平板2倾斜放置时，入射光线在平行平板2处发生平移。由于光阑5位于平行平板2之后，限定了主光线在平行平板2之后的位置。因此，主光线在像方远心镜组的出射位置发生平移，即入射主光线的角度发生了偏转。当扫描稳像光学系统旋转扫描时，摆动电机4带动平行平板2以预定角度反向旋转，预定角度在±5°角度左右，通常情况下即可补偿扫描过程中的像移。若需要补偿的像移量较大，可增大平行平板2的摆动角度。
针对本发明已有的技术方案，平行平板2的材料根据入射波段不同，可以选择不同的透射玻璃材料。
如，当入射波段为中波红外时，可以选择硅材料；
当入射波段为可见光波段时，可以选择融石英或者K9玻璃；
当入射波段为中波红外时，可以选择锗材料；
当入射波段为长波红外时，可以选择锗材料。
本发明实现了一种透射式扫描稳像光学系统，使得光路更加简洁，光学系统更加易于加工和装调。在满足光电搜索跟踪系统光轴稳定要求的同时，整体轻小型化。同时，降低了对于转台等设备的负载要求。

Claims (10)

1.一种透射式扫描稳像光学系统，包括：像方远心光学镜组(1)和中继透镜组(3)，其特征在于，还包括：平行平板(2)、摆动电机(4)和光阑(5)；
所述像方远心光学镜组(1)、平行平板(2)、中继透镜组(3)、光阑(5)按照从前往后的次序同轴排列，摆动电机(4)与平行平板(2)相连，用于带动平行平板(2)左右摆动；平行平板(2)放置于像方远心光学镜组(1)形成的汇聚光束之中；中继透镜组(3)放置于像方远心镜组形成的汇聚像点之后；光阑(5)放置于中继透镜组(3)之后，像面之前。
2.根据权利要求1所述的一种透射式扫描稳像光学系统，其特征在于，
透射式扫描稳像光学系统工作时，外部成像光线进入像方远心光学镜组(1)，经过像方远心光学镜组(1)之后汇聚；像方远心光学镜组(1)的特点是不同视场角度的成像光线经过像方远心光学镜组(1)之后，其主光线均平行于光轴出射；汇聚光束经过平行平板(2)之后汇聚成中间像面；平行平板(2)的特点是光线经过倾斜放置的平行平板(2)时，发生平移，而且光线平移的距离随着平行平板(2)的倾斜角度增大而增加；中间像面经过中继透镜组(3)汇聚之后，再经过光阑(5)，最终成像至像面。
3.根据权利要求2所述的一种透射式扫描稳像光学系统，其特征在于，所述的平行平板(2)的倾斜角度在±5°范围。
4.根据权利要求1所述的一种透射式扫描稳像光学系统，其特征在于，
当平行平板(2)垂直于光轴放置时，入射光线不发生平移，光学系统的入射主光线平行于光轴；当平行平板(2)倾斜放置时，入射光线在平行平板(2)处发生平移；由于光阑(5)位于平行平板(2)之后，限定了主光线在平行平板(2)之后的位置；因此，主光线在像方远心镜组的出射位置发生平移，即入射主光线的角度发生了偏转；当扫描稳像光学系统旋转扫描时，摆动电机(4)带动平行平板(2)以预定角度反向旋转，补偿扫描过程中的像移；当需要补偿的像移量较大，增大平行平板(2)的摆动角度。
5.根据权利要求4所述的一种透射式扫描稳像光学系统，其特征在于，所述的平行平板(2)的预定角度在±5°角度。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种透射式扫描稳像光学系统，其特征在于，当采用锗作为平行平板(2)材料，平行平板(2)厚度为5mm时，平行平板(2)倾斜5°，则光线平移0.327mm，在焦距为f的像方远心光学透镜组中，入射角倾斜角度为arctan(0.327/f)。
7.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种透射式扫描稳像光学系统，其特征在于，当入射波段为中波红外时，平行平板(2)透射玻璃材料为硅材料。
8.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种透射式扫描稳像光学系统，其特征在于，当入射波段为可见光波段时，平行平板(2)透射玻璃材料为融石英或者K9玻璃。
9.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种透射式扫描稳像光学系统，其特征在于，当入射波段为中波红外时，平行平板(2)透射玻璃材料为锗材料。
10.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种透射式扫描稳像光学系统，其特征在于，当入射波段为长波红外时，平行平板(2)透射玻璃材料为锗材料。
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