CN110673317A - 同轴多波段反射式消像旋光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴多波段反射式消像旋光学系统，同轴多波段反射式消像旋光学系统包括：扫描件；成像组件，成像组件与扫描件沿第一方向间隔设置；反射组件，反射组件可旋转地设置于扫描件与成像组件之间；光线经扫描件后入射至反射组件，光线在反射组件内多次反射后入射至成像组件。采用本发明，利用反射组件对光线进行多次反射，以实现消像旋功能，不仅可以使得该消像旋光学系统适用于多波段光线，还可以保证该消像旋光学系统的光学性能和高质量像质。

Description

同轴多波段反射式消像旋光学系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种同轴多波段反射式消像旋光学系统。

背景技术

相关技术中，利用45°旋转扫描反射镜扫描由于其自身的优势已经成为一种常用的光机扫描模式，在搜索跟踪系统、空间大范围扫描成像系统等领域有着广泛应用。但是，这种扫描方式通常会造成物空间的垂直线与探测器在旋转扫描的过程中产生变化的角度，即成像像面在探测器上会随扫描以光轴为旋转轴旋转，因此，需要利用消像旋装置对其进行改进。

消像旋通常通过一下两种方法实现，其一，利用专门的消像旋光学系统进行直接消像旋，称为光学消像旋；其二，利用图像处理的方式在系统成像后期进行，称为电子消像旋。由于电子消像旋在实际使用过程中有程序复杂、图像数据有变形、延迟时间长等缺陷，所以光学消像旋仍然是工程应用中比较普遍的消像旋方法。

常用的光学消像旋装置有道威棱镜、K镜。其中，道威棱镜的设计原理简单，但是由于其材料本身的特性限制而不能在多波段下使用，而且尺寸一般较大，给电机选用、系统负载等方面带来困难和问题。K镜由三片全反射镜构成，因其三面反射镜呈K字排列而得名，其使用回转半径和长度的确定比较困难，同时K镜的整体性较差，装调精度更是存在技术难点。另外，这两种消像旋装置在使用过程中均没有实入瞳和实出瞳，也给系统装调会带来一定的困难。

发明内容

本发明实施例提供一种同轴多波段反射式消像旋光学系统，用以解决现有技术中消像旋装置不适用多波段光学系统、加工和装调困难的问题。

本发明实施例提出一种同轴多波段反射式消像旋光学系统，包括：

扫描件；

成像组件，所述成像组件与所述扫描件沿第一方向间隔设置；

反射组件，所述反射组件可旋转地设置于所述扫描件与所述成像组件之间；

光线经所述扫描件后入射至所述反射组件，光线在所述反射组件内多次反射后入射至所述成像组件。

根据本发明的一些实施例，所述反射组件包括：

第一平面镜；

第二平面镜，所述第二平面镜与所述第一平面镜沿所述第一方向间隔设置；

消像旋装置，所述消像旋装置位于所述第一平面镜与所述第二平面镜之间，所述消像旋装置包括相对且沿第二方向间隔设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第二方向与所述第一方向垂直；

光线经所述第一平面镜反射后入射至所述消像旋装置，光线在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间多次反射后入射至所述第二平面镜。

在本发明的一些实施例中，所述第一反射镜包括依次沿所述第一方向设置的第一反射面、第二反射面和第三反射面；

所述第二反射镜包括依次沿所述第一方向设置的第四反射面和第五反射面；

光线经所述第一反射面反射至第四反射面，光线经所述第四反射面反射至第二反射面，光线经所述第二反射面反射至第五反射面，光线经所述第五反射面反射至第三反射面。

在本发明的一些示例中，所述第一反射面、所述第二反射面、所述第三反射面均为凹面反射面，且所述第一反射面与所述第三反射面的形状相同。

在本发明的一些示例中，所述第四反射面与所述第五反射面形状相同且均为凸面反射面。

在本发明的一些实施例中，所述第一反射镜与所述第二反射镜同轴设置。

在本发明的一些实施例中，所述第一平面镜的中心与所述第二平面镜的中心的连线平行于所述第一方向。

在本发明的一些实施例中，所述扫描件的中心、所述第一平面镜的中心、所述第二平面镜的中心共线且与所述第一方向平行。

根据本发明的一些实施例，所述反射组件的旋转轴与所述第一方向平行。

根据本发明的一些实施例，所述扫描件包括45°旋转扫描反射镜。

采用本发明实施例的同轴多波段反射式消像旋光学系统，利用反射组件对光线进行多次反射，以实现消像旋功能，不仅可以使得该消像旋光学系统适用于多波段光线，还可以保证该消像旋光学系统的光学性能和高质量像质。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例中同轴多波段反射式消像旋光学系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中同轴多波段反射式消像旋光学系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图2所示，本发明实施例提出一种同轴多波段反射式消像旋光学系统1，包括：扫描件10、成像组件20和反射组件30。其中，成像组件20与扫描件10沿第一方向间隔设置。反射组件30可旋转地设置于扫描件10与成像组件20之间。可以理解的是，反射组件30位于扫描件10与成像组件20之间，这里的“反射组件30位于扫描件10与成像组件20之间”可以理解为经过扫描件10作用后的光线均需要通过反射组件30的作用后进入成像组件20。扫描件10与成像组件20相对静止，反射组件30相对于扫描件10可动。

需要说明的是，这里所提到的“同轴多波段反射式消像旋光学系统1”可以理解为反射式消像旋光学系统1中可以具有多个(两个及两个以上)波段的光线，可以理解的是，反射式消像旋光学系统1中的反射组件30可以对多个波段的光线实现消像旋操作。例如，反射式消像旋光学系统1中的反射组件30可以对中波红外、长波红外、激光三波段进行消像旋操作。

光线经扫描件10后入射至反射组件30，光线在反射组件30内多次反射后入射至成像组件20。

采用本发明实施例的同轴多波段反射式消像旋光学系统1，通过设置反射组件30，利用反射组件30对光线进行多次反射，以实现消像旋功能，不仅可以使得该消像旋光学系统1适用于多波段光线，还可以保证该消像旋光学系统1的光学性能和高质量像质。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

如图1及图2所示，根据本发明的一些实施例，反射组件30包括：第一平面镜31、第二平面镜32和消像旋装置33。其中，第二平面镜32与第一平面镜31沿第一方向间隔设置。消像旋装置33位于第一平面镜31与第二平面镜32之间。这里的“消像旋装置33位于第一平面镜31与第二平面镜32之间”可以理解为经过第一平面镜31反射后的光线需要通过消像旋装置33的作用后入射至第二平面镜32。消像旋装置33包括相对且沿第二方向间隔设置的第一反射镜330和第二反射镜340，第二方向与第一方向垂直。例如，第一方向可以为竖直方向，第二方向可以是水平方向。

光线经第一平面镜31反射后入射至消像旋装置33，光线在第一反射镜330与第二反射镜340之间多次反射后入射至第二平面镜32。

如图1及图2所示，在本发明的一些实施例中，第一反射镜330包括依次沿第一方向设置的第一反射面331、第二反射面332和第三反射面333。第二反射镜340包括依次沿第一方向设置的第四反射面341和第五反射面342。例如，第一反射面331、第二反射面332和第三反射面333可以依次间隔设置。第四反射面341和第五反射面342可以依次间隔设置。第一反射面331、第二反射面332和第三反射面333均位于第一反射镜330朝向第二反射镜340的一侧，第四反射面341和第五反射面342均位于第二反射镜340朝向第一反射镜330的一侧。

光线经第一反射面331反射至第四反射面341，光线经第四反射面341反射至第二反射面332，光线经第二反射面332反射至第五反射面342，光线经第五反射面342反射至第三反射面333。

由此，可以简化反射组件30的结构，可以降低反射组件30的加工和装调难度，更好的适应光学系统的工程化要求。

如图1及图2所示，在本发明的一些示例中，第一反射面331、第二反射面332、第三反射面333均为凹面反射面，且第一反射面331与第三反射面333的形状相同。由此，可以降低第一反射镜330的加工难度。进一步的，从第一反射面331靠近第二反射面332的一端至另一端(从下端至上端)的方向上，第一反射面331朝向第二反射镜340倾斜设置。从第三反射面333靠近第二反射面332的一端至另一端(从上端至下端)的方向上，第三反射面333朝向第二反射镜340倾斜设置。从第二反射面332的中心至边缘，第二反射面332朝向第二反射镜340倾斜。

如图1及图2所示，在本发明的一些示例中，第四反射面341与第五反射面342形状相同且均为凸面反射面。由此，可以降低第二反射镜340的加工难度。进一步的，从第四反射面341靠近第五反射面342的一端至另一端(从下端至上端)的方向上，第四反射面341朝向远离第一反射镜330的方向倾斜。从第五反射面342靠近第四反射面341的一端至另一端(从上端至下端)的方向上，第五反射面342朝向远离第一反射镜330的方向倾斜。

如图1及图2所示，在本发明的一些实施例中，第一反射镜330与第二反射镜340同轴设置。可以理解的是，第一反射镜330的中心轴线与第二反射镜340的中心轴线共线。由此，可以降低反射组件30的加工和装调难度。

如图1及图2所示，在本发明的一些实施例中，第一平面镜31的中心与第二平面镜32的中心的连线平行于第一方向。由此，可以降低反射组件30的装调难度。

如图1及图2所示，在本发明的一些实施例中，扫描件10的中心、第一平面镜31的中心、第二平面镜32的中心共线且与第一方向平行。由此，可以降低同轴多波段反射式消像旋光学系统1的装调难度。

根据本发明的一些实施例，反射组件30的旋转轴与第一方向平行。由此，反射组件30可以实现搜索跟踪系统、空间大范围扫描成像系统的消像旋功能。

根据本发明的一些实施例，扫描件10包括45°旋转扫描反射镜。

下面参照图1-2以两个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的同轴多波段反射式消像旋光学系统1。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

实施例一

如图2所示，本发明实施例的同轴多波段反射式消像旋光学系统1，包括：扫描件10、成像组件20和反射组件30。

具体而言，如图2所示，扫描件10为45°旋转扫描反射镜。45°旋转扫描反射镜倾斜设置，45°旋转扫描反射镜的下端位于其上端的的右侧。成像组件20位于扫描件10的下方。反射组件30位于扫描件10与成像组件20之间。扫描件10与成像组件20相对静止，反射组件30相对于扫描件10可动。在扫描系统进行扫描旋转时，反射组件30以1/2的速率反向绕轴旋转。

如图2所示，反射组件30包括：第一平面镜31、第二平面镜32和消像旋装置33。第一平面镜31位于扫描件10的正下方，第二平面镜32位于第一平面镜31的正下方，换言之，第一平面镜31的中心、第二平面镜32的中心以及扫描件10的中心共线且第一平面镜31的中心与第二平面镜32的中心的连线平行于竖直方向。第一平面镜31与扫描件10可以平行设置。第一平面镜31与第二平面镜32的形状、大小均相同。从第二平面镜32的右端至第二平面镜32的左端的方向上，第二平面镜32朝向逐渐远离第一平面镜31的方向倾斜设置。

如图2所示，消像旋装置33包括沿左右方向间隔排布的第二反射镜340和第一反射镜330。第一反射镜330与第二反射镜340同轴设置，且第一反射镜330位于第二反射镜340的右侧。第二反射镜340可以设置在第一平面镜31的右端与第二平面镜32的右端之间。

如图2所示，第一反射镜330包括朝向第二反射镜340设置、沿竖直方向依次间隔排布的第一反射面331、第二反射面332和第三反射面333。第一反射面331、第二反射面332、第三反射面333均为凹面反射面，且第一反射面331与第三反射面333的形状相同。从第一反射面331靠近第二反射面332的一端至另一端的方向上，第一反射面331朝向第二反射镜340倾斜设置。从第三反射面333靠近第二反射面332的一端至另一端的方向上，第三反射面333朝向第二反射镜340倾斜设置。第一反射面331和第三反射面333关于第二反射面332的旋转对称轴对称。

如图2所示，第二反射镜340包括朝向第一反射镜330设置、沿竖直方向依次间隔排布的第四反射面341和第五反射面342。第四反射面341与第五反射面342形状相同且均为凸面反射面。从第四反射面341靠近第五反射面342的一端至另一端的方向上，第一反射面331朝向远离第一反射镜330的方向倾斜。从第五反射面342靠近第四反射面341的一端至另一端的方向上，第五反射面342朝向远离第一反射镜330的方向倾斜。第四反射面341和第五反射面342关于第二反射面332的旋转对称轴对称。

消像旋装置33的入瞳和出瞳分别位于第一平面镜31和第二平面镜32处，成像倍率为1:1，对于多波段搜索和成像光学系统来说，设置实入瞳和实出瞳的优势在于，作为组件的消像旋装置33可以单独进行检测，并且利于整体系统的装调，降低了装调难度。消像旋装置33的入瞳直径为45mm，消像旋装置33的光学回转半径为130mm。

如图2所示，成像组件20包括第一成像反射镜21和第一成像透镜22。第一成像透镜22位于第二平面镜32的正下方，换言之，第一成像透镜22的中心与第二平面镜32的中心的连线平行于竖直方向。第一成像反射镜21的中心与第一成像透镜22的中心的连线平行于水平方向，第一成像反射镜21位于第一成像透镜22的左侧。成像组件20的焦距为130mm，F数为2.67。

以目标景物辐射能量开始的光线经过45°旋转扫描反射镜的反射作用后以平行光入射至第一平面镜31，经第一平面镜31的反射作用后，平行光路折转并入射至第一反射镜330的第一反射面331，经过第一反射面331的反射作用后入射至第四反射面341，经过第四反射面341的反射作用后入射至第二反射面332，经过第二反射面332的反射作用后入射至第五反射面342，经过第五反射面342的反射作用后入射至第三反射面333，经过第三反射面333的反射作用后以平行光入射至第二平面镜32，并由第二平面镜32将平行光折转至第一成像透镜22，经过第一成像透镜22的作用后，一部分光线反射至第一成像反射镜21，另一部分光线穿过第一成像透镜22。入射到第一平面镜31的光束与出射第二平面镜32的光束光轴一致、反射组件30的机械旋转轴也与两光束的光轴一致。

需要说明的是，以目标景物辐射能量开始的光线可以包括中波红外、长波红外和激光，其中中波红外的波长位于3.7～4.8μm之间，长波红外的波长位于7.7～10.3μm之间。

本发明实施例中，只利用了第一反射镜330和第二反射镜340这两块有光焦度的元件，降低了加工难度，并且第一反射镜330和第二反射镜340同轴放置，一定程度上降低了反射组件30的装调难度，而且，在适应多波段、保证系统光学性能和高质量像质的前提下，实现大范围搜索跟踪、扫描成像光学系统的消像旋功能，解决传统消像旋装置33不能满足多波段使用、工程适应性差等缺陷。

实施例二

与实施例一不同的是，在实施例二中，如图1所示，成像组件20包括第二成像反射镜23和第二成像透镜24。第二成像反射镜23位于第二平面镜32的正下方，换言之，第二成像反射镜23的中心与第二平面镜32的中心的连线平行于竖直方向。第二成像反射镜23的中心与第二成像透镜24的中心的连线平行于水平方向，第二成像透镜24位于第二成像反射镜23的右侧。第二平面镜32将平行光折转至第二成像反射镜23，经过第二成像反射镜23的反射作用后入射第二成像透镜24并穿过第二成像透镜24。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

另外，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种同轴多波段反射式消像旋光学系统，其特征在于，包括：

扫描件；

成像组件，所述成像组件与所述扫描件沿第一方向间隔设置；

反射组件，所述反射组件可旋转地设置于所述扫描件与所述成像组件之间；

光线经所述扫描件后入射至所述反射组件，光线在所述反射组件内多次反射后入射至所述成像组件。

2.如权利要求1所述的同轴多波段反射式消像旋光学系统，其特征在于，所述反射组件包括：

第一平面镜；

第二平面镜，所述第二平面镜与所述第一平面镜沿所述第一方向间隔设置；

消像旋装置，所述消像旋装置位于所述第一平面镜与所述第二平面镜之间，所述消像旋装置包括相对且沿第二方向间隔设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第二方向与所述第一方向垂直；

光线经所述第一平面镜反射后入射至所述消像旋装置，光线在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间多次反射后入射至所述第二平面镜。

3.如权利要求2所述的同轴多波段反射式消像旋光学系统，其特征在于，所述第一反射镜包括依次沿所述第一方向设置的第一反射面、第二反射面和第三反射面；

所述第二反射镜包括依次沿所述第一方向设置的第四反射面和第五反射面；

光线经所述第一反射面反射至第四反射面，光线经所述第四反射面反射至第二反射面，光线经所述第二反射面反射至第五反射面，光线经所述第五反射面反射至第三反射面。

4.如权利要求3所述的同轴多波段反射式消像旋光学系统，其特征在于，所述第一反射面、所述第二反射面、所述第三反射面均为凹面反射面，且所述第一反射面与所述第三反射面的形状相同。

5.如权利要求3所述的同轴多波段反射式消像旋光学系统，其特征在于，所述第四反射面与所述第五反射面形状相同且均为凸面反射面。

6.如权利要求2所述的同轴多波段反射式消像旋光学系统，其特征在于，所述第一反射镜与所述第二反射镜同轴设置。

7.如权利要求2所述的同轴多波段反射式消像旋光学系统，其特征在于，所述第一平面镜的中心与所述第二平面镜的中心的连线平行于所述第一方向。

8.如权利要求7所述的同轴多波段反射式消像旋光学系统，其特征在于，所述扫描件的中心、所述第一平面镜的中心、所述第二平面镜的中心共线且与所述第一方向平行。

9.如权利要求1所述的同轴多波段反射式消像旋光学系统，其特征在于，所述反射组件的旋转轴与所述第一方向平行。

10.如权利要求1所述的同轴多波段反射式消像旋光学系统，其特征在于，所述扫描件包括45°旋转扫描反射镜。

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