CN204575985U - 一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，包括分别安装于O1-O1、O2-O2、O3-O3和O4-O4光轴上的四组完全相同的对待测目标进行一次成像的物镜组、将一次成像面的光线准直成平行光束的目镜组、以及出射光阑和反射镜，还包括分别安装于O1-O、O2-O、O3-O、和O4-O光轴上的四组完全相同的光楔对，还包括安装于O-O光轴上的四棱锥反射镜、成像透镜组和成像探测器；本成像装置采用易于制造的小孔径系统，通过光学手段合成大孔径系统，通过每个小孔径的成像光束在像面叠加成像，有利于减小体积、减轻重量、提高光学系统温度稳定性，保持系统口径大小不变，以获的更高的空间分辨率。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学成像装置，具体涉及一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置。
背景技术
光电成像装备的作用距离和目标探测识别概率是永无止境的追求。当光学系统的工作波段一定时，提高系统作用距离和分辨率的一个重要手段是增大光学系统的孔径，而系统孔径的增大受光学材料、机械结构，加工工艺和制造成本等因素的限制。合成孔径成像技术能够实现用易制造的小孔径系统通过光学手段合成大孔径系统，从而满足高分辨率的成像要求，为光学合成孔径成像技术在未来大型远程海军光电成像探测装备的应用奠定技术基础。
光学稀疏孔径成像系统是以组合孔径法为基本原理的成像系统，它是把多个小口径的光学元件或光学系统按照一定的方式在空间上进行排列，通过各子孔径的光束经过位相补偿和调整后相干叠加到共同的焦平面上，使系统的分辨率等效为一个更大口径的光学成像系统。
实用新型内容
本实用新型为了克服现有技术的缺点和不足，提出一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，包括分别安装于O1-O1、O2-O2、O3-O3和O4-O4光轴上的四组完全相同的对待测目标进行一次成像的物镜组、将一次成像面的光线准直成平行光束的目镜组、以及出射光阑和反射镜，还包括分别安装于O1-O、O2-O、O3-O、和O4-O光轴上的四组完全相同的光楔对，还包括安装于O-O光轴上的四棱锥反射镜、成像透镜组和成像探测器。
所述的一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，其四组物镜组与四组目镜组分别组成四组倍率相同望远系统，所述的物镜组由依次位于光路上的三组透镜组成，其中第一组透镜为第一透镜，第二组透镜由第二透镜和第三透镜组成，第三组透镜由第四透镜和第五透镜组成，所述的目镜组由依次位于光路上的两组透镜组成，其中第一组透镜由第六透镜和第七透镜组成，第二组透镜由第八透镜和第九透镜组成。
所述的一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，其反射镜在光路中以45°角放置，将光束折转90°分别形成光轴为O1-O、O2-O、O3-O和O4-O的光束。
所述的一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，其光楔对由楔形角为15°、中心厚度为5mm的完全相同的第一光楔和第二光楔组成，第一光楔12斜面与第二光楔13斜面的光程为2.25mm，第一光楔的直角面与光轴O1-O垂直，第二光楔的斜面与第一光楔的斜面相平行，以保证第二光楔的直角面同样垂直于光轴O1-O。
所述的一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，其四棱锥反射镜的四个反射面用于将光轴O1-O、O2-O、O3-O和O4-O上光楔对透射的光束折转90°后，形成四路沿光轴O-O传输的光束。
所述的一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，其成像透镜组由依次位于光路上的四组透镜组成，其中第一组透镜由第十透镜和第十一透镜组成，第二组透镜由第十二透镜和第十三透镜组成，第三组透镜由第十四透镜和第十五透镜组成。
本实用新型的有益效果是：光学系统采用全透射式结构形式，安装在O1-O1、O2-O2、O3-O3和O4-O4光轴上的反射镜分别将四孔径光束折转90°后，入射到安装在O-O光轴上的四棱锥反射镜的四个面上，经反射后各子孔径光束入射到安装在O-O光轴上的成像透镜组，再聚焦到CCD上叠加成像；本装置采用易于制造的小孔径系统，通过光学手段合成大孔径系统，通过每个小孔径的成像光束在像面叠加成像，有利于减小体积、减轻重量、提高光学系统温度稳定性，保持系统口径大小不变，以获的更高的空间分辨率。
附图说明
图1为本实用新型光学空间位置示意图；
图2为本实用新型光学装置的空间位置剖面示意图；
图3 为本实用新型光学装置的单孔径光学系统传递函数图。
各附图标记为：1—第一透镜，2—第二透镜，3—第三透镜，4—第四透镜，5—第五透镜，6—第六透镜，7—第七透镜，8—第八透镜，9—第九透镜，10—出射光阑，11—反射镜，12—第一光楔，13—第二光楔，14—四棱锥反射镜，15—第十透镜，16—第十一透镜，17—第十二透镜，18—第十三透镜，19—第十四透镜，20—第十五透镜，21—成像探测器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
参照图1、图2和图3所示，作为本实用新型的第一实施例，公开了一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，包括分别安装于O1-O1、O2-O2、O3-O3和O4-O4光轴上的四组完全相同的对待测目标进行一次成像的物镜组、将一次成像面的光线准直成平行光束的目镜组、以及出射光阑10和反射镜11，还包括分别安装于O1-O、O2-O、O3-O、和O4-O光轴上的四组完全相同的光楔对，还包括安装于O-O光轴上的四棱锥反射镜14、成像透镜组和成像探测器21，将四棱锥反射镜14四个反射面反射的光束合成后，会聚到安装在光轴O-O上的成像探测器21后相干叠加成像。
四组物镜组与四组目镜组分别组成四组倍率相同望远系统，物镜组承担对目标成像任务，其焦距由系统的放大率和目镜组焦距决定，目镜组承担缩小系统口径任务；所述的物镜组由依次位于光路上的三组五片透镜组成，其中第一组透镜为第一透镜1，第二组透镜由第二透镜2和第三透镜3组成，第三组透镜由第四透镜4和第五透镜5组成；所述的目镜组由依次位于光路上的两组四片透镜组成，其中第一组透镜由第六透镜6和第七透镜7组成，第二组透镜由第八透镜8和第九透镜9组成，所述的第一透镜1可沿所安装光轴前后移动，实现对物镜组焦距微调，来保证四组望远系统放大倍率一致性。
所述物镜组将来自目标发出的光进行一次成像，三组五片透镜的焦距均为388.5mm，相对孔径为1/3.88，依据光路传输依次为：一片双凸透镜、一片双凸透镜和一片双凹透镜组成的双胶合透镜、一片双凸透镜和一片弯月透镜组成的双胶合透镜，第一透镜1往物方移动0.5mm，物镜的焦距会增大0.18mm，通过微调第一透镜1保证四路子孔径的放大倍率的一致性；所述目镜组将一次成像面的光线准直成平行光出射，在目镜组出射端设置光阑，与物镜组一起校正像差，两组四片透镜的焦距均为38.8mm，出瞳直径为10mm，依据光路传输依次为：一片负弯月透镜和正弯月透镜组成的双胶合透镜、一片双凸透镜和一片负弯月透镜组成的双胶合透镜。
反射镜11在光路中以45°角放置，分别安装于O1- O1、O2-O2、O3-O3、和O4-O4光轴上的反射镜11承担将目镜组出射光束折转90°后，分别形成沿O1-O、O2-O、O3-O和O4-O光轴传输的四束光的任务。
所述的光楔对由楔形角为15°、中心厚度为5mm的完全相同的第一光楔12和第二光楔13组成，第一光楔12的直角面与光轴O1-O垂直，第二光楔13的斜面与第一光楔12的斜面相平行，以保证第二光楔13的直角面同样垂直于光轴O1-O，沿垂直光轴O1-O方向左右移动第二光楔13，保证四路子孔径光程差一致性。
安装于O1-O、O2-O、O3-O和O4-O光轴上的光楔对承担调节四路子孔径光程的任务，第一光楔12斜面与第二光楔13斜面的光程为2.25mm，将第二光楔13沿垂直光轴O1-O方向往左（或往右）移动2mm，该子孔径系统的光程减小（或增加）0.5mm，通过左右微调第二光楔13，改变其在相应光路中的厚度，使四路子孔径系统的光程差保持一致。
安装于O-O光轴上的四棱锥反射镜14的四个反射面用于将光轴O1-O、O2-O、O3-O和O4-O上光楔对透射的光束折转90°后，形成四路沿光轴O-O传输的光束。
所述的成像透镜组由依次位于光路上的四组六片透镜组成，其中第一组透镜由第十透镜15和第十一透镜16组成，第二组透镜由第十二透镜17和第十三透镜18组成，第三组透镜由第十四透镜19和第十五透镜20组成，安装于O-O光轴上的成像透镜组承担合成后的光束汇聚到同一探测器上叠加成像的功能。
安装于O-O光轴上的成像透镜组，其入射光阑位置与目镜组的出射光阑10重合，光阑前置量为100mm，成像透镜组焦距为100mm，最大直径为55mm，相对孔径为1/10；将其与物镜组和目镜组一起进行像差校正，保证整个系统在工作波段范围的光学传递函数达到衍射极限。
四组六片透镜依据光路传输依次为：一片双凸透镜和一片双凹透镜组成的双胶合透镜、一片负弯月透镜和一片双凸透镜组成的双胶合透镜、一片双凸透镜、一片双凹透镜。
本实用新型光学系统采用全透射式结构形式，工作波长为可见光波段，整个系统的焦距为1000mm；稀疏合成孔径的子孔径数目为4个，单个孔径的通光口径为100mm，物镜组与目镜组组成的望远系统放大倍率为10×；成像透镜组的焦距为100mm，F=1/10，像面尺寸为1/2英寸。
本成像装置采用易于制造的四个小孔径系统，通过每个小孔径的成像光束在像面叠加成像，减小体积、减轻重量、提高光学系统温度稳定性，获得了更高的空间分辨率，满足了高分辨率的成像需求。通过各子孔径的光束经过位相补偿和调整后相干叠加到共同的焦平面上直接产生目标像，并使组合系统的分辨率达到一个更大口径的光学系统。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，其特征在于：包括分别安装于O1-O1、O2-O2、O3-O3和O4-O4光轴上的四组完全相同的对待测目标进行一次成像的物镜组、将一次成像面的光线准直成平行光束的目镜组、以及出射光阑（10）和反射镜（11），还包括分别安装于O1-O、O2-O、O3-O、和O4-O光轴上的四组完全相同的光楔对，还包括安装于O-O光轴上的四棱锥反射镜（14）、成像透镜组和成像探测器（21）。
2.根据权利要求1所述的一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，其特征在于，四组物镜组与四组目镜组分别组成四组倍率相同望远系统，所述的物镜组由依次位于光路上的三组透镜组成，其中第一组透镜为第一透镜（1），第二组透镜由第二透镜（2）和第三透镜（3）组成，第三组透镜由第四透镜（4）和第五透镜（5）组成，所述的目镜组由依次位于光路上的两组透镜组成，其中第一组透镜由第六透镜（6）和第七透镜（7）组成，第二组透镜由第八透镜（8）和第九透镜（9）组成。
3.根据权利要求2所述的一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，其特征在于，所述的反射镜（11）在光路中以45°角放置，将光束折转90°分别形成光轴为O1-O、O2-O、O3-O和O4-O的光束。
4.根据权利要求3所述的一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，其特征在于，所述的光楔对由楔形角为15°、中心厚度为5mm的完全相同的第一光楔（12）和第二光楔（13）组成，第一光楔（12）斜面与第二光楔（13）斜面的光程为2.25mm，第一光楔（12）的直角面与光轴O1-O垂直，第二光楔（13）的斜面与第一光楔（12）的斜面相平行，以保证第二光楔（13）的直角面同样垂直于光轴O1-O。
5.根据权利要求4所述的一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，其特征在于，所述的四棱锥反射镜（14）的四个反射面用于将光轴O1-O、O2-O、O3-O和O4-O上光楔对透射的光束折转90°后，形成四路沿光轴O-O传输的光束。
6.根据权利要求5所述的一种具有四孔径的稀疏合成孔径光学成像装置，其特征在于，所述的成像透镜组由依次位于光路上的四组透镜组成，其中第一组透镜由第十透镜（15）和第十一透镜（16）组成，第二组透镜由第十二透镜（17）和第十三透镜（18）组成，第三组透镜由第十四透镜（19）和第十五透镜（20）组成。
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