雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統的製作方法

2023-10-05 09:23:54

專利名稱：雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統，屬於紅外熱成像領域。
背景技術：
雙視場光學系統具有大小不同的兩個成像視場，有利於實現大視場的目標搜索與小視場的目標跟蹤。雙色紅外光學系統能同時獲取兩個波段的目標信息，對複雜的背景進行抑制，可以提高對目標的探測能力，降低虛警率。雙色共焦光學系統不需要波段切換裝置，系統簡單、結構緊湊、明顯提高探測效率。紅外消熱差光學系統可以工作在複雜的工作環境中，滿足軍用需求。目前國內外採用的光學系統消熱差方法大致分為四種，即機械被動式、電子主動式、光學主動式和光學被動式。機械被動消熱差方式使整個光學系統體積變大，質量增加； 電子主動消熱差方式使光學系統可靠性下降，不利於彈載光學系統設計；光學被動消熱差方式是指利用光學材料以及機械鏡筒材料熱特性之間的差異，通過不同特性材料之間的合理組合以消除溫度的影響，從而獲得消熱效果。具有機構相對簡單、尺寸小、質量輕、不需供電、系統可靠性好的優點，其綜合效率最高；光學主動消熱差方式與光學被動消熱差方式比較稍顯複雜，需要在環境變化時移動光學元件，但在複雜光學系統設計時也不失為一種簡單、有效的消熱差方法。雙色紅外光學系統本身由於存在較大的色差，實現兩波段共焦具有一定技術難度，需要合理選擇光學材料，但紅外光學材料可同時應用於雙波段成像的可選範圍又很小； 在保證兩波段共焦的同時，在視場切換過程中要實現消熱差效果又從另一個角度提升了技術難度。另外，光學系統需要考慮與紅外製冷探測器的冷光闌匹配問題。種種難度導致國內現有光學系統大多停留於未消熱的雙視場雙波段成像階段。目前，國外報導的紅外熱成像光學系統中最先進的光學系統即法國的雙視場雙波段切換成像光學系統，該系統不具有雙色共焦系統的探測率高的優勢，且現有資料尚未提及本系統已進行消熱差考慮。因此研製雙視場/雙色紅外消熱差光學系統具有無可比擬的發明和應用價值。

發明內容
本發明的目的是提供一種雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統，具有上述雙視場/雙色紅外消熱差光學系統的優點。本發明所述的雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統，工作波段為 4. 4-5. 4um/7. 8-8. 8um，焦距為183mm/61mm，工作溫度為_40°C +60°C。寬窄視場光學系統 F數相同(2. 68)，共用同一雙色紅外焦平面探測器，具有近似100%的冷光闌效率。採用光學主動消熱方式使MWR與UWR在工作範圍內始終共焦成像，達到良好的消熱差效果，保證環境適應性。其結構包括對焦鏡組、固定鏡組、寬視場變焦鏡組、窄視場變焦鏡組、雙色紅外探測器窗口玻璃、光闌和雙色紅外探測器。系統各光學表面均為球面，光學材料只有兩種常用的紅外材料鍺和硫化鋅。所述的雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統，採用一片球面鏡(材料為鍺)作為對焦鏡組。所述的雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統，採用一片球面鏡(材料為硫化鋅) 作為固定鏡組。所述的對焦鏡組和固定鏡組為寬窄視場共用鏡組結構，通過移動對焦鏡組，改變對焦鏡組與固定鏡組之間的距離，不僅可以實現有限距離到無窮遠的調焦，而且可以實現不同溫度下的消熱差。所述的雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統，採用兩片球面鏡(材料均為鍺) 作為寬視場的變焦鏡組，採用一片球面鏡(材料為硫化鋅)作為窄視場的變焦鏡組。通過兩變焦鏡組繞平行於光軸方向的某一固定軸旋轉切換實現視場轉換。所述的雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統的雙色紅外探測器採用製冷紅外焦平面探測器，用於同時接收麗頂和UWR的圖像。所述的雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統，採用探測器的冷光闌作為孔徑光闌，以滿足近似百分之百的冷光闌效率，消除到達探測器的雜散光，提高探測率。本發明是雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統，具有以下有益效果1、同一系統可實現目標搜索與目標跟蹤兩項功能，可以對有限遠到無窮遠距離清晰調焦成像。2、可對中波和長波紅外同時共焦成像，提高對目標的探測能力，降低虛警率；3、系統實現兩波段精確主動消熱，具有較強的環境適應性。4、降低了加工難度和生產成本，具有結構簡單、體積小、重量輕的優點。


圖1為雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統工作在寬視場的結構示意圖(也作為摘要附圖)；圖2為雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統工作在窄視場的結構示意圖。圖中1、對焦鏡組，2、固定鏡組，3、寬視場變焦鏡組，4、窄視場變焦鏡組，5、雙色紅外探測器窗口玻璃，6、光闌，7、雙色紅外探測器。
具體實施例方式如圖1所示，目標輻射源發出的紅外光波被所述的對焦鏡組1接收，經過固定鏡組 2到達寬視場變焦鏡組3或者窄視場變焦鏡組4，最後順序通過雙色紅外探測器的窗口玻璃 5以及光闌6，成像到雙色紅外探測器7上，對雙色紅外探測器進行圖像處理與識別即可辨別紅外輻射目標。光學系統通過移動對焦鏡組改變對焦鏡組與固定鏡組之間的距離，可以實現有限距離到無窮遠的調焦；通過兩變焦鏡組繞平行於光軸方向的某一固定軸旋轉切換實現視場轉換，達到目標搜索與目標跟蹤模式的轉換目的。光學系統為完全主動消熱，可工作於複雜環境溫度下，用於複雜背景識別。以下給出動態工作過程其第一項功能，完成寬視場目標搜索如圖1所示，當紅外波被所述對焦鏡組1接收，經過固定鏡組2到達寬視場變焦鏡組3，最後順序通過雙色紅外探測器的窗口玻璃5以及光闌6，成像到雙色紅外探測器7上，可實現對背景目標的搜索。其第二項功能，完成小視場目標跟蹤如圖2所示，當將寬視場變焦鏡組3切換為窄視場變焦鏡組4時，系統步入小視場目標跟蹤狀態，可以實現對目標的實時跟蹤工作。其第三項功能，複雜工作環境下正常工作如第一項和第二項功能所述，所述的雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統在-40°C-60°C進行主動消熱，可工作於該溫度範圍內的任意工作環境中。
權利要求
1.雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統，工作波段為4.4-5. 4um/7. 8-8. Sum,焦距為 183mm/61mm,工作溫度為_40°C +60°C。寬窄視場光學系統F數相同(2. 68)，共用同一雙色紅外焦平面探測器，具有近似100%的冷光闌效率；採用光學主動消熱方式使MWR與LWR 在工作範圍內始終共焦成像，達到良好的消熱差效果，保證環境適應性。其結構包括對焦鏡組、固定鏡組、寬視場變焦鏡組、窄視場變焦鏡組、雙色紅外探測器窗口玻璃、光闌和雙色紅外探測器。系統各光學表面均為球面，光學材料只有兩種常用的紅外材料鍺和硫化鋅。
2.根據權利要求1所述的雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統，其特徵是目標輻射源發出的紅外光波被所述的對焦鏡組接收，經過固定鏡組到達寬視場變焦鏡組或者窄視場變焦鏡組，最後順序通過雙色紅外探測器的窗口玻璃以及光闌，成像到雙色紅外探測器上，對雙色紅外探測器進行圖像處理與識別即可辨別紅外輻射目標。光學系統通過移動對焦鏡組改變對焦鏡組與固定鏡組之間的距離，不僅可以實現有限距離到無窮遠的調焦，而且可以達到消熱差效果；通過兩變焦鏡組繞平行於光軸方向的某一固定軸旋轉切換實現視場轉換，達到目標搜索與目標跟蹤模式的轉換目的。光學系統為完全主動消熱，可工作於複雜環境溫度下，用於複雜背景識別。
全文摘要
本發明涉及一種雙視場/雙色紅外主動消熱差光學系統，尤其涉及一種冷光闌效率近似100％的主動消熱差成像光學系統，屬於紅外熱成像領域。其工作波段為4.4-5.4μm/7.8-8.8μm，焦距為183mm/61mm，工作溫度為-40℃～+60℃。寬窄視場光學系統F數相同(2.68)，共用同一雙色紅外焦平面探測器，具有近似100％的冷光闌效率。採用光學主動消熱方式使MWIR與LWIR在工作範圍內始終共焦成像，達到良好的消熱差效果，保證環境適應性。其結構包括對焦鏡組、固定鏡組、寬視場變焦鏡組、窄視場變焦鏡組、雙色紅外探測器窗口玻璃、光闌和雙色紅外探測器。系統各光學表面均為球面，光學材料只有兩種常用的紅外材料鍺和硫化鋅。
文檔編號G01J5/08GK102354044SQ20111028471
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者付躍剛, 劉智穎, 王志堅, 賈永丹 申請人:長春理工大學