包括一个固定反射镜及一个多孔旋转反射镜；多层反射镜组还包括一个用于控制反射镜组多孔旋转反射镜旋转运动的电机；多孔旋转反射镜设置在固定反射镜的反射光轴上；多孔旋转反射镜为圆形；多孔旋转反射镜环镜面圆周交错设置有两个大小相同的扇形孔和两个大小相同的扇形反射镜；分时曝光控制单元用于控制电机使多孔旋转反射镜旋转速度与制冷型红外系统曝光时间同步；当光通过多孔旋转反射镜相应位置为孔时，由固定反射镜曝光；当光通过多孔旋转反射镜的相应位置为反射镜时，由多孔旋转反射镜曝光；入射光经固定反射镜与多孔旋转反射镜分时曝光后将光信号分时成像在探测器上。
[0023]本发明专利提出的视场拼接方法仍属于外视场拼接范畴，是一种特殊的外视场拼接方法。通过特殊的结构布局以及控制旋转反射镜的转动，对不同视场进行分时曝光，最终实现大视场多目标测量。采用分时曝光技术，多个反射镜共用一个镜头和探测器，实现单镜头多通道凝视监测，该方法结构紧凑，制造工艺简单，加工成本相对较低，真正实现了大视场像面无缝拼接，并且不受图像传感器的限制，因此可实现视场随着图像传感器技术的发展而同步发展。同时，由于反射镜等结构置于光学系统的最前端，制冷型红外光学系统冷屏匹配问题也易于解决。
[0024]前述发明还可进行扩展，即在结构尺寸允许的情况下，在光学系统前可放置多个多孔旋转反射镜，通过分别控制各旋转反射镜的转速，对应不同曝光时刻的视场分区域采集图像，借助数字图像处理技术，完成大视场图像的拼接，即可实现更大视场的外视场拼接。将前述结构在其上下(或左右)按照一定角度叠放几层即可实现俯仰(或水平)方向的外视场拼接。
[0025]本发明提供一种新型外视场拼接的方式，如图1所示，在光学系统前依次放置两平面反射镜，第一个反射镜为固定反射镜，第二个反射镜为多孔旋转反射镜，多孔旋转反射镜在电机的驱动下绕轴旋转，旋转轴平行于纸面，当光路2中多孔旋转反射镜的相应位置为孔时，此时由固定反射镜组成的光路I曝光；当光路2中多孔旋转反射镜的相应位置为反射镜时，此时由多孔旋转反射镜组成的光路2曝光；如此反复，光路I和光路2交替曝光。这样即将不同视场的目标分时成像在探测器靶面上，从而实现水平(或俯仰)方向的外视场无缝拼接。
[0026]本发明所述拼接方式存在两种情况，光路I的边缘光线与光路2的边缘光线成一定夹角Θ，当此角度设置不当时，在一定的观测距离上会产生视觉盲区(即漏测)，或者浪费光学系统的视场资源。如图2(a)所示，光路I的边缘光线与光路2的边缘光线交于点A，当观测距离在A点以内，即D区域，会造成漏测，此区域为该光学系统的视觉盲区；当观测距离在A点以外，即C区域，会造成光学系统视场资源的浪费。为解决此问题，应使光路I的边缘光线与光路2的边缘光线相互平行，并紧密搭接(既无重叠又无间隙)，如图2(b)所不O
[0027]如前所述的拼接系统如在俯仰方向上按一定角度叠放两层相同的结构型式，即可实现在俯仰方向上的外视场无缝拼接，如图3所示，区域I和区域3对应着光路1，区域2和区域4对应着光路2，即实现了由4路光学系统拼接而成的宽画幅。
[0028]本发明中的多孔旋转反射镜其结构如图4所示，其上均布着扇形孔和扇形反射镜，扇形孔和扇形反射镜具有一致的尺寸，其尺寸由所在位置处光束的口径来确定。在保证光学系统不被拦光的前提下，尽可能使扇形孔(或扇形反射镜)的尺寸小，合理分配固定反射镜、多孔旋转反射镜及光学系统三者之间的轴向距离，并结合实际使用情况，确保重叠区域、交会距离及盲区大小均为最优解，合理选择光路I与光路2之间边缘光线的夹角Θ。
【主权项】
1.一种基于制冷型红外系统的外视场拼接装置，其特征在于:包括分时曝光控制单元和在光学系统入射光的路径上设置的反射镜组及探测器；所述反射镜组包括一个固定反射镜及一个多孔旋转反射镜；所述反射镜组还包括一个用于控制多孔旋转反射镜旋转运动的电机；所述多孔旋转反射镜设置在固定反射镜的反射光轴上；所述多孔旋转反射镜为圆形；所述多孔旋转反射镜环镜面圆周交错设置有两个大小相同的扇形孔和两个大小相同的扇形反射镜； 所述分时曝光控制单元用于控制电机使多孔旋转反射镜旋转速度与制冷型红外系统曝光时间同步；当光通过多孔旋转反射镜相应位置为孔时，由固定反射镜曝光；当光通过多孔旋转反射镜的相应位置为反射镜时，由多孔旋转反射镜曝光； 所述入射光经固定反射镜与多孔旋转反射镜分时曝光后将光信号分时成像在探测器上。
2.根据权利要求1所述的一种基于制冷型红外系统的外视场拼接装置的俯仰拼接装置，其特征在于:包括分时曝光控制单元和在光学系统入射光的路径上设置的多层反射镜组及探测器；所述多层反射镜组由至少两个反射镜组叠放而成；所述反射镜组包括一个固定反射镜及一个多孔旋转反射镜；所述多层反射镜组还包括一个用于控制反射镜组多孔旋转反射镜旋转运动的电机；所述多孔旋转反射镜设置在固定反射镜的反射光轴上；所述多孔旋转反射镜为圆形；所述多孔旋转反射镜环镜面圆周交错设置有两个大小相同的扇形孔和两个大小相同的扇形反射镜； 所述分时曝光控制单元用于控制电机使多孔旋转反射镜旋转速度与制冷型红外系统曝光时间同步；当光通过多孔旋转反射镜相应位置为孔时，由固定反射镜曝光；当光通过多孔旋转反射镜的相应位置为反射镜时，由多孔旋转反射镜曝光； 所述入射光经固定反射镜与多孔旋转反射镜分时曝光后将光信号分时成像在探测器上。
【专利摘要】本发明涉及一种基于制冷型红外系统的外视场拼接装置。包括分时曝光控制单元和在光学系统入射光的路径上设置的反射镜组及探测器；反射镜组包括一个固定反射镜及一个多孔旋转反射镜；反射镜组还包括一个用于控制多孔旋转反射镜旋转运动的电机；多孔旋转反射镜设置在固定反射镜的反射光轴上；多孔旋转反射镜为圆形；多孔旋转反射镜环镜面圆周交错设置有两个大小相同的扇形孔和两个大小相同的扇形反射镜。本发明提供了一种减少探测器数量、节约生产成本的外视场拼接装置。
【IPC分类】G01J3-06, G02B26-12
【公开号】CN104570338
【申请号】CN201410850217
【发明人】段晶, 苏秀琴, 单秋莎, 郑志奇, 许凡, 马烽
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日