一种基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学制导技术领域，涉及一种长波红外光学成像系统，具体涉及一种基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统。
【背景技术】
[0002]红外成像制导系统是超音速导引头的重要组成部分，具有制导精度高、抗干扰能力强、全天候工作等优点，是当今世界各国军事发展的重点研宄对象。小型化的超音速导引头有利于提高制导武器的机动能力，增大弹头的有效载荷，增强武器的杀伤力，对未来军事战争的发展具有重要作用。因此，在保证红外成像制导系统小型化的同时如何实现该系统大视场搜索与小视场跟踪的功能成为当今制导武器发展的重点之一。
[0003]如图1所示，传统的三轴伺服稳定系统包括横滚框架1、俯仰框架2、方位框架3和红外热像仪4，其中横滚框架I沿Z轴方向安装在基座上，绕Z轴旋转；俯仰框架2沿X轴安装在横滚框架I上，绕X轴旋转；方位框架3沿Y轴安装在俯仰框架2上，绕Y轴旋转，它们分别由一部直流无刷力矩电机驱动旋转。但是三个框架为外延叠加结构，且均为旋转运动装置，这使得三轴稳定平台系统体积较大，在要求窗口小型化的超音速导引头系统中难以安装使用。CN103760670A公开了一种含反射式空间光调制器的大视场扫描红外光学系统，该系统由双二次曲面校正板、消色差旋转雷斯莱棱镜对、分光棱镜、反射式空间光调制器等沿光轴依次排列组成，其中消色差旋转雷斯莱棱镜对可以进行大范围视场扫描，从而实现对目标的大视场搜索；分光棱镜可以对光路进行折转，从而可以减小光学系统体积。但是消色差旋转雷斯莱棱镜对是利用旋转实现大视场扫描搜索的，它无法根据已发现目标的位置调整其航向与俯仰角度，以使目标始终位于成像视场中心，故无法对目标进行小视场范围跟踪。所以，在满足系统小型化的同时如何实现系统大视场搜索和小视场跟踪成为红外成像制导系统研宄的难点之一。
【发明内容】
[0004]针对现有用于跟踪及稳像的三轴稳定平台体积较大，无法满足超音速导引头系统对窗口小型化的要求，本发明提供了一种基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统，可以在满足系统小型化的同时，实现系统对目标的大视场搜索与小视场跟踪的功能。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统，沿光路传播方向依次设置有望远光学镜组、摆镜、成像光学镜组和探测器；所述望远光学镜组与成像光学镜组的光轴相交，中间通过摆镜进行光路对接，摆镜在旋转机构的带动下在航向、俯仰两个方向进行摆动，将望远光学镜组视场范围内的光束反射至成像光学镜组，经成像光学镜组汇聚至探测器上生成红外图像。
[0007]现有用于跟踪及稳像的三轴稳定平台体积较大，无法满足导引头系统对窗口小型化的要求。相比于现有的用于跟踪及稳像的三轴稳定平台，本发明具有如下有益效果:
[0008](I)远光学镜组与成像光学镜组的光轴相交并有一定夹角，中间通过摆镜进行光路对接，这样能够满足系统小型化的要求；
[0009](2)摆镜在航向与俯仰方向进行摆动，实现对目标的大视场扫描搜索；发现目标后则在伺服控制系统的控制下根据弹体姿态不断调整其航向与俯仰角度，以使目标始终位于成像光学镜组的视场中心，从而实现对目标的小视场跟踪功能。
[0010](3)成像光学镜组采用二次成像光路结构，并在光路中加入反射镜折叠光路，以使系统外形尺寸满足小型化。
【附图说明】
[0011]图1是传统的伺服稳定系统结构图；
[0012]图2是长波红外光学成像系统的结构图；
[0013]图3是长波红外光学成像系统的光路原理图；
[0014]图4是望远光学镜组与成像光学镜组的视场比较图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
[0016]长波红外光学成像系统是超音速导引头的重要组成部分，它的结构如图2所示，由窗口 5、望远光学镜组6、摆镜7、成像光学镜组8和探测器9组成。望远光学镜组6与成像光学镜组8相对窗口 5位置保持不变，它们的光轴相交且夹角为104°，中间通过摆镜7进行光路对接，从而可以满足系统小型化的要求。
[0017]望远光学镜组6包括第一曲面反射镜15、第二曲面反射镜16和望远镜组14，其中望远镜组14由第一透镜14-1、第二透镜14-2、第三透镜14-3和第四透镜14_4组成。望远光学镜组6是一个大视场光学系统，其视场为26.25° X28° (航向X俯仰)，覆盖了跟踪视场范围。望远光学镜组6为一个望远系统，它能将跟踪视场范围内接收到的光束以平行光形式投射到摆镜7位置。望远光学镜组6的入瞳靠近窗口 5，这样不仅可以减小窗口 5的尺寸，还不会产生光线遮挡。
[0018]成像光学镜组8包括第一成像镜组10、反射镜11和第二成像镜组12，其中第一成像镜组10由第五透镜10-1和第六透镜10-2组成，第二成像镜组12由第七透镜12-1、第八透镜12-2和第九透镜12-3组成；成像光学镜组8采用二次成像的光路结构，并在光路中加入反射镜以使光路发生偏转，从而使系统外形尺寸满足小型化的要求。成像光学镜组8为小视场光学系统，其视场为6.25° X 5° (航向X俯仰)。它通过摆镜7的二维摆动完成对望远光学镜组6大视场的扫描搜索，发现目标后则对目标进行小视场跟踪成像。
[0019]摆镜7位于望远光学镜组6与成像光学镜组8之间，其在方位方向和俯仰方向的旋转角度分别为±5°和±12°。摆镜7的安装方式为摆镜反射面法线与望远光学镜组6光轴在航向方向上夹角为52°，俯仰方向夹角为0°，这样能够满足系统小型化的要求。望远光学镜组6的出瞳与成像光学镜组8的入瞳应耦合在摆镜7位置，这样不仅可以满足摆镜外形尺寸小型化的要求，还可以避免摆镜7摆动带来的成像质量影响。摆镜7在旋转机构的带动下可在航向、俯仰两个方向进行摆动，从而将望远光学镜组6视场范围内的光束反射至成像光学镜组8，实现对目标的大视场搜索与小视场跟踪。
[0020]如图3所示，长波红外光学成像系统的工作过程为:
[0021]望远光学镜组6接收物方视场范围内景物发出的光束。在望远光学镜组6内光束先后通过第一曲面反射镜15和第二曲面反射镜16的连续反射后进入望远镜组14，经望远镜组14准直后以平行光形式投射到摆镜7位置。摆镜7将望远光学镜组6视场内的光束反射至成像光学镜组8。在成像光学镜组8内光束通过第一成像镜组10的透射后入射至反射镜11上，该反射镜11能够使进入成像光学镜组8中的光束发生光路偏转，以此满足系统小型化的要求。偏转后的光束再通过第二成像镜组12后最终汇聚至探测器光敏面13上生成红外图像，从而实现对目标的大视场搜索和小视场跟踪功能。
[0022]在上述工作过程中，由于望远光学镜组视场17属于大视场(26.25° X28° )光学系统，成像光学镜组视场18属于小视场(6.25° X5° )光学系统，这导致成像光学镜组的视场无法充满望远光学镜组的整个视场，如图4所示。因此，为了实现对目标的大视场搜索，摆镜7应在航向、俯仰两个方向进行摆动，从而将望远光学镜组6不同视场内的光束反射至成像光学镜组8。发现目标后摆镜7则在伺服控制系统的控制下根据弹体姿态不断调整其在航向和俯仰方向上的倾斜角度，以使目标始终位于成像光学镜组的视场中心，从而实现对目标的小视场跟踪。
【主权项】
1.一种基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统，其特征在于所述系统沿光路传播方向依次设置有望远光学镜组、摆镜、成像光学镜组和探测器；所述望远光学镜组与成像光学镜组的光轴相交，中间通过摆镜进行光路对接，摆镜在旋转机构的带动下在航向、俯仰两个方向进行摆动，将望远光学镜组视场范围内的光束反射至成像光学镜组，经成像光学镜组汇聚至探测器上生成红外图像。
2.根据权利要求1所述的基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统，其特征在于所述望远光学镜组与成像光学镜组的光轴夹角为104°。
3.根据权利要求1所述的基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统，其特征在于所述望远光学镜组的出瞳与成像光学镜组的入瞳应耦合在摆镜位置。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统，其特征在于所述望远光学镜组的视场为26.25° X28°。
5.根据权利要求1、2或3所述的基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统，其特征在于所述成像光学镜组的视场为6.25° X5。。
6.根据权利要求1或3所述的基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统，其特征在于所述摆镜在航向和俯仰方向的旋转角度分别为±5°和±12°。
7.根据权利要求1或3所述的基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统，其特征在于所述摆镜的安装方式为摆镜反射面法线与望远光学镜组光轴在航向方向上夹角为52°，俯仰方向夹角为0°。
【专利摘要】一种基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统，属于光学制导领域。针对现有用于跟踪及稳像的三轴稳定平台体积较大，无法满足超音速导引头系统对窗口小型化的要求，所述系统沿光路传播方向依次设置有望远光学镜组、摆镜、成像光学镜组和探测器；所述望远光学镜组与成像光学镜组的光轴相交，中间通过摆镜进行光路对接，摆镜在旋转机构的带动下在航向、俯仰两个方向进行摆动，将望远光学镜组视场范围内的光束反射至成像光学镜组，经成像光学镜组汇聚至探测器上生成红外图像。本发明提供的长波红外光学成像系统可以在满足系统小型化的同时，实现系统对目标的大视场搜索与小视场跟踪的功能。
【IPC分类】G02B27-00
【公开号】CN104570346
【申请号】CN201510069394
【发明人】康为民, 郭鑫民
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年2月10日