CN114545610A - 一种连续变焦周视扫描系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续变焦周视扫描系统，包括：望远成像系统，设置在物方，包括沿光传播方向依次设置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组；扫摆补偿镜组，设置在望远成像系统的出瞳位置，扫摆补偿镜组用于补偿转台移动造成的像移；二次成像系统，设置在像方，二次成像系统的入瞳与望远成像系统的出瞳重合，包括沿光传播方向依次设置的第六透镜组和第七透镜组；冷光阑，设置在二次成像系统的出瞳位置，冷光阑用于完成对二次成像系统的匹配。本发明采用像方扫描，在满足成像质量的前提下，得到仅采用11片透镜的连续变焦周视扫描系统，大大提高了探测距离，而且采用冷光阑减小了光束能量损失，提高系统灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及光学设备技术领域，特别涉及一种连续变焦周视扫描系统。
背景技术
近年来，红外热成像系统在军事、安防等方面得到广泛应用，同时相关技术得到快速发展。因周视扫描系统具备快速周视扫描搜索功能，可以实现全天候实时警戒，在边防、海关等地方正在逐步装备。相比普通的热成像系统，连续变焦周视扫描红外系统扫描速率更快，既可以实现多视场的快速扫描搜索，也可在固定视场下持续跟踪，具有定焦扫描系统和连续变焦系统无法满足的需求及效果。
针对红外警戒应用的周视扫描系统，需要较大的视场角和较长焦距，满足更广的搜索范围和更高的分辨率，同时需要解决光学系统在周视扫描过程中因转台快速旋转产生的像移问题。目前市面比较多的红外周视扫描系统多配备物方扫描的短焦长波非制冷定焦镜头，探测距离短，灵敏度低，难以满足系统更高需求。
发明内容
本发明实施例提供了一种连续变焦周视扫描系统，用以解决现有技术中采用物方扫描的短焦长波非制冷定焦镜头存在的探测距离短和灵敏度低的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种连续变焦周视扫描系统，包括：
望远成像系统，设置在物方，望远成像系统包括沿光传播方向依次设置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组；第一透镜组用于汇聚入射光；第二透镜组活动设置在第一透镜组和第三透镜组之间，且第二透镜组能够沿光传播方向移动，用于调整望远成像系统的放大倍率；第三透镜组用于补偿第二透镜组移动造成的望远成像系统出瞳位置变化；第四透镜组用于补偿望远成像系统因温度变化造成的出瞳位置变化；第五透镜组用于形成平行光路；
扫摆补偿镜组，设置在望远成像系统的出瞳位置，扫摆补偿镜组用于补偿转台移动造成的像移；
二次成像系统，设置在像方，二次成像系统的入瞳与望远成像系统的出瞳重合，二次成像系统包括沿光传播方向依次设置的第六透镜组和第七透镜组；第六透镜组用于汇集第五透镜组形成的平行光路，形成二次成像系统的一次成像；第七透镜组用于形成二次成像；
冷光阑，设置在二次成像系统的出瞳位置，冷光阑用于完成对二次成像系统的匹配。
本发明中的一种连续变焦周视扫描系统，具有以下优点：
采用像方扫描，在满足成像质量的前提下，得到仅采用11片透镜的连续变焦周视扫描系统，大大提高了探测距离，而且采用冷光阑减小了光束能量损失，提高系统灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种连续变焦周视扫描系统的组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种连续变焦周视扫描系统的组成示意图。本发明实施例提供了一种连续变焦周视扫描系统，包括：
望远成像系统，设置在物方，望远成像系统包括沿光传播方向依次设置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组；第一透镜组用于汇聚入射光；第二透镜组活动设置在第一透镜组和第三透镜组之间，且第二透镜组能够沿光传播方向移动，用于调整望远成像系统的放大倍率；第三透镜组用于补偿第二透镜组移动造成的望远成像系统出瞳位置变化；第四透镜组用于补偿望远成像系统因温度变化造成的出瞳位置变化；第五透镜组用于形成平行光路；
扫摆补偿镜组，设置在望远成像系统的出瞳位置，扫摆补偿镜组用于补偿转台移动造成的像移；
二次成像系统，设置在像方，二次成像系统的入瞳与望远成像系统的出瞳重合，二次成像系统包括沿光传播方向依次设置的第六透镜组和第七透镜组；第六透镜组用于汇集第五透镜组形成的平行光路，形成二次成像系统的一次成像；第七透镜组用于形成二次成像；
冷光阑，设置在二次成像系统的出瞳位置，冷光阑用于完成对二次成像系统的匹配。
示例性地，第一透镜组具有正光焦度，为望远成像系统的前固定组。第二透镜组具有负光焦度，为望远成像系统的变倍组。第三透镜组具有正光焦度，为望远成像系统的补偿组。第四透镜组具有负光焦度，为望远成像系统的调焦组。第五透镜组具有负光焦度，为望远成像系统的中继组。第六透镜组具有正光焦度，为二次成像系统的前固定组。第七透镜组具有正光焦度，为二次成像系统的中继组。望远成像系统将一定角度的入射光线形成平行光出射，二次成像系统将望远成像系统的平行光汇聚成像至像面，其中望远成像系统的出瞳和二次成像系统的入瞳重合，设置扫摆补偿镜组于二次成像系统的入瞳处，对转台造成的像移进行反向补偿。
在本发明的实施例中，二次成像系统的出瞳位置还设置有探测器保护窗口L和滤光片M，冷光阑N设置在滤光片M的出光侧，光线依次经过七个透镜组和扫摆补偿镜组后，最终经过探测器保护窗口L、滤光片M和冷光阑N，并到达像面O。
本发明的系统适用于分辨率为640*512，像元尺寸为15um的凝视型焦平面中波制冷探测器。为减小头片口径和保证100%冷光阑效率，采用了二次成像的方式。本发明光学系统的F数为4.0，减小入瞳孔径和结构尺寸，通光口径≥92mm，周视扫描系统匹配的转台最大转速为360°/s，图像积分时间≥16ms，像移≤0.15个像元，有效解决了周扫成像过程中的像移问题。
在本发明的实施例中，第一透镜组包括沿光传播方向依次设置的透镜A和透镜B，透镜A为凸面朝向物方的弯月形正透镜，透镜B为双凹形负透镜。
示例性地，透镜A和透镜B可以分别使用硅和锗制备得到。
在本发明的实施例中，第二透镜组包括透镜C，透镜C为双凹形负透镜。
示例性地，透镜C可以使用锗制备得到。
在本发明的实施例中，第三透镜组包括透镜D，透镜D为凸面朝向物方的弯月形正透镜。
示例性地，透镜D可以使用硅制备得到。
在本发明的实施例中，第四透镜组包括透镜E，透镜E为双凹形的负透镜。
示例性地，透镜E可以使用锗制备得到。
在本发明的实施例中，第五透镜组包括沿光传播方向依次设置的透镜F和透镜G，透镜F为平凸形正透镜，透镜G为凸面朝向物方的弯月形负透镜。
示例性地，透镜F和G可以分别使用硅和硫化锌制备得到。
在本发明的实施例中，第六透镜组包括透镜H，透镜H为凸面朝向物方的弯月形的正透镜。
示例性地，透镜H可以使用硅制备得到。
在本发明的实施例中，第七透镜组包括沿光传播方向依次设置的透镜I、透镜J和透镜K，透镜I为凸面朝向像方的弯月形正透镜，透镜J为双凹形的负透镜，透镜K为双凸形的正透镜。
示例性地，透镜I、J和K可以分别使用锗、硫化锌和硅制备得到。
在一种可能的实施例中，扫摆补偿镜组将光路折转90°，第六透镜组和第七透镜组之间设置有第一反射镜，透镜I和透镜J之间设置有第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜均将光路折转90°。
示例性地，扫摆补偿镜组和第一反射镜将光路折转180°，减小了系统的整体结构尺寸，同时系统整体采用11片透镜，结构紧凑，有利于设备小型化要求。
在一种可能的实施例中，扫摆补偿镜组、第一反射镜和第二反射镜上均镀有中波反射膜，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组、第六透镜组和第七透镜组上均镀有中波减反膜。
在以上透镜组中，第二透镜组中透镜C的左侧表面S5、第三透镜组中透镜D的左侧表面S7、第四透镜组中透镜E的右侧表面S10、第五透镜组中透镜F的左侧表面S11和透镜G的左侧表面S13、第六透镜组中透镜H上侧表面S16、第七透镜组中透镜I左侧表面S20、第七透镜组中透镜K上侧表面S24均为非球面，其余表面均为球面或平面。表1为本发明中各个透镜以及反射镜的表面说明：
表1 透镜以及反射镜的结构参数
上述透镜中所提及的非球面，均为偶次非球面，其表达式如下：
其中z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c表示表面的顶点曲率r_0，等于曲率半径的倒数，c=1/
，k为圆锥系数，k=0，
为高次非球面系数。
表2为表面S5、S7、S10、S11、S13、S16、S20、S24的非球面系数：
表2 非球面系数表
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种连续变焦周视扫描系统，其特征在于，包括：
望远成像系统，设置在物方，所述望远成像系统包括沿光传播方向依次设置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组；所述第一透镜组用于汇聚入射光；所述第二透镜组活动设置在第一透镜组和第三透镜组之间，且所述第二透镜组能够沿光传播方向移动，用于调整所述望远成像系统的放大倍率；所述第三透镜组用于补偿所述第二透镜组移动造成的所述望远成像系统出瞳位置变化；所述第四透镜组用于补偿所述望远成像系统因温度变化造成的出瞳位置变化；所述第五透镜组用于形成平行光路；
扫摆补偿镜组，设置在所述望远成像系统的出瞳位置，所述扫摆补偿镜组用于补偿转台移动造成的像移；
二次成像系统，设置在像方，所述二次成像系统的入瞳与所述望远成像系统的出瞳重合，所述二次成像系统包括沿光传播方向依次设置的第六透镜组和第七透镜组；所述第六透镜组用于汇集所述第五透镜组形成的平行光路，形成所述二次成像系统的一次成像；所述第七透镜组用于形成二次成像；
冷光阑，设置在所述二次成像系统的出瞳位置，所述冷光阑用于完成对所述二次成像系统的匹配。
2.根据权利要求1所述的一种连续变焦周视扫描系统，其特征在于，所述第一透镜组包括沿光传播方向依次设置的透镜A和透镜B，所述透镜A为凸面朝向物方的弯月形正透镜，所述透镜B为双凹形负透镜。
3.根据权利要求1所述的一种连续变焦周视扫描系统，其特征在于，所述第二透镜组包括透镜C，所述透镜C为双凹形负透镜。
4.根据权利要求1所述的一种连续变焦周视扫描系统，其特征在于，所述第三透镜组包括透镜D，所述透镜D为凸面朝向物方的弯月形正透镜。
5.根据权利要求1所述的一种连续变焦周视扫描系统，其特征在于，所述第四透镜组包括透镜E，所述透镜E为双凹形的负透镜。
6.根据权利要求1所述的一种连续变焦周视扫描系统，其特征在于，所述第五透镜组包括沿光传播方向依次设置的透镜F和透镜G，所述透镜F为平凸形正透镜，所述透镜G为凸面朝向物方的弯月形负透镜。
7.根据权利要求1所述的一种连续变焦周视扫描系统，其特征在于，所述第六透镜组包括透镜H，所述透镜H为凸面朝向物方的弯月形的正透镜。
8.根据权利要求1所述的一种连续变焦周视扫描系统，其特征在于，所述第七透镜组包括沿光传播方向依次设置的透镜I、透镜J和透镜K，所述透镜I为凸面朝向像方的弯月形正透镜，所述透镜J为双凹形的负透镜，所述透镜K为双凸形的正透镜。
9.根据权利要求8所述的一种连续变焦周视扫描系统，其特征在于，所述扫摆补偿镜组将光路折转90°，所述第六透镜组和第七透镜组之间设置有第一反射镜，所述透镜I和透镜J之间设置有第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜均将光路折转90°。
10.根据权利要求9所述的一种连续变焦周视扫描系统，其特征在于，所述扫摆补偿镜组、第一反射镜和第二反射镜上均镀有中波反射膜，所述第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组、第六透镜组和第七透镜组上均镀有中波减反膜。
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| PB01 | Publication | ||
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