本發(fā)明屬于光學(xué)紅外搜索跟蹤
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
：紅外搜索跟蹤系統(tǒng)集警戒和自動(dòng)跟蹤功能于一體，目前此種系統(tǒng)主要采用的是掃描成像的線列焦平面探測(cè)器，使用這種探測(cè)器的紅外搜索跟蹤系統(tǒng)積分時(shí)間短，熱靈敏度低。而使用面陣焦平面探測(cè)器雖然可以得到較高的積分時(shí)間及熱靈敏度，但在無(wú)任何補(bǔ)償措施的情況下，場(chǎng)景圖像無(wú)法在面陣探測(cè)器的積分時(shí)間內(nèi)相對(duì)成像器件保持靜止，所形成的搜索周視圖像將會(huì)存在嚴(yán)重的“拖影”。目前解決“拖影”的方法主要有兩種，降低探測(cè)器的積分時(shí)間和降低轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度。降低探測(cè)器的積分時(shí)間會(huì)導(dǎo)致熱靈敏度下降圖像對(duì)比度降低。降低轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度會(huì)導(dǎo)致整個(gè)搜索跟蹤系統(tǒng)搜索效率下降。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置，保證紅外焦平面探測(cè)器在隨方位轉(zhuǎn)臺(tái)周視成像的過(guò)程中，在其積分時(shí)間內(nèi)能獲得相對(duì)于自身保持靜止的場(chǎng)景圖像，保證探測(cè)器完成凝視積分成像,解決了搜索周視圖中存在的“拖影”問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置，所述凝視補(bǔ)償裝置包括：從物側(cè)到像側(cè)依次排列的變倍望遠(yuǎn)鏡1、折轉(zhuǎn)反射鏡2、反掃鏡3、中繼組4和探測(cè)器冷屏5，其中，所述變倍望遠(yuǎn)鏡1由前固定物鏡11、變倍鏡12、后固定物鏡13和目鏡14組成，通過(guò)變倍鏡12沿光軸前后移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)變倍、調(diào)焦功能；所述后固定物鏡13由第四透鏡131和第五透鏡132組成；所述折轉(zhuǎn)反射鏡2放置在第五透鏡132和目鏡14之間，與光軸夾角為45°，由一片平面反射鏡組成，使整個(gè)光路轉(zhuǎn)過(guò)90°，用以折疊光路減小系統(tǒng)體積；所述反掃鏡3位于目鏡14的后方，反掃鏡3與焦平面探測(cè)器共同置于周轉(zhuǎn)方位轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部，隨同方位轉(zhuǎn)臺(tái)一起周轉(zhuǎn)；工作時(shí)，通過(guò)反掃鏡3擺動(dòng)來(lái)保證焦平面探測(cè)器得到的物方視場(chǎng)圖像在其積分時(shí)間內(nèi)相對(duì)于搜索視場(chǎng)中的場(chǎng)景保持靜止。其中，反掃鏡3的相對(duì)運(yùn)動(dòng)與穩(wěn)定平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向相反，角速度跟穩(wěn)定平臺(tái)相同。當(dāng)凝視積分完畢后，反掃鏡3快速回位，為下一個(gè)新視場(chǎng)內(nèi)的凝視成像做準(zhǔn)備。所述中繼組4位于反掃鏡3的后方，所述探測(cè)器冷屏5位于中繼組4后方。進(jìn)一步地，所述前固定物鏡11、變倍鏡12、后固定物鏡13和目鏡14四組透鏡的光焦度分配依次為正、負(fù)、正、正的結(jié)構(gòu)。前固定物鏡11、變倍鏡12、后固定物鏡13中有非球面，中繼組4的作用是一次成像面中繼成像到像方位置，保證100％冷光闌效率。進(jìn)一步地，所述中繼組4位于反掃鏡3的后方，中繼組4由第七透鏡46、第八透鏡45、第九透鏡44、第十透鏡43、第十一透鏡42和第十二透鏡41組成；所述探測(cè)器冷屏5位于第十二透鏡41的后方。進(jìn)一步地，所述第四透鏡131為凸面朝向像側(cè)的彎月硅正透鏡，第五透鏡132為凸面朝向物側(cè)的彎月硅正透鏡。進(jìn)一步地，所述前固定物鏡11由第一透鏡111和第二透鏡112組成，第一透鏡111是一個(gè)凸面朝向物側(cè)的彎月形正硅透鏡，第二透鏡112是一個(gè)凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺負(fù)透鏡。進(jìn)一步地，所述變倍鏡12由兩個(gè)第三透鏡組成，第三透鏡是一個(gè)雙凹負(fù)透鏡，材料為IG6。進(jìn)一步地，所述目鏡14為凸面朝向像側(cè)的彎月硅正透鏡。進(jìn)一步地，所述第七透鏡46是凸面朝向物側(cè)的彎月形正透鏡，第八透鏡45是凸面朝向物側(cè)的彎月形正透鏡，第九透鏡44是一個(gè)凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺負(fù)透鏡，第十透鏡43是一個(gè)凸面朝向像側(cè)的彎月形硅正透鏡，第十一透鏡42是一個(gè)凸面朝向像側(cè)的彎月形鍺負(fù)透鏡，第十二透鏡41是雙凸正透鏡。所述第七透鏡46材料為IG6，第八透鏡45材料為GASIR2，第十二透鏡41材料為硅。進(jìn)一步地，所述反掃鏡3為工作頻率為100Hz，擺動(dòng)角度為±1°的反射鏡。為了解決傳統(tǒng)面陣焦平面探測(cè)器在紅外搜索跟蹤系統(tǒng)中圖像“拖影”的問(wèn)題，本發(fā)明在保證周視轉(zhuǎn)臺(tái)能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的前提下，設(shè)計(jì)一種凝視補(bǔ)償裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)每一視場(chǎng)內(nèi)的場(chǎng)景凝視補(bǔ)償，使得一個(gè)視場(chǎng)內(nèi)場(chǎng)景圖像在探測(cè)器積分時(shí)間內(nèi)相對(duì)于器件本身保持靜止，消除周視圖像的“拖影”現(xiàn)象，本發(fā)明的工作原理如下：當(dāng)搜索跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，物方景物在探測(cè)器焦面上產(chǎn)生瞬時(shí)視場(chǎng)的偏移，導(dǎo)致圖像模糊，此時(shí)反掃鏡相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行反向掃描，以穩(wěn)定探測(cè)器接收到的物方景物圖像，抵消由于轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的瞬時(shí)視場(chǎng)的偏移。光學(xué)系統(tǒng)采用前端望遠(yuǎn)鏡出射平行光路，后端物鏡會(huì)聚平行光的形式，此形式可以消除反掃鏡掃描帶來(lái)的像差，進(jìn)而解決拖影問(wèn)題。本發(fā)明的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于利用前端望遠(yuǎn)鏡，后端會(huì)聚物鏡的光學(xué)形式消除了反掃鏡掃描代入的像差。利用U型折疊光路縮短了系統(tǒng)總長(zhǎng)，使整個(gè)系統(tǒng)布局緊湊合理。后端會(huì)聚物鏡加入了衍射面，保證了不同溫度下的成像質(zhì)量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供的凝視補(bǔ)償措施能夠保證紅外焦平面探測(cè)器在隨方位轉(zhuǎn)臺(tái)周視成像的過(guò)程中，在其積分時(shí)間內(nèi)能獲得相對(duì)于自身保持靜止的場(chǎng)景圖像，保證探測(cè)器完成凝視積分成像，能夠完全消除周視圖像的“拖影”現(xiàn)象。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明新型紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在長(zhǎng)焦位置的示意圖；圖2為本發(fā)明新型紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在短焦位置的示意圖；圖3為本發(fā)明新型紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置周轉(zhuǎn)方位轉(zhuǎn)臺(tái)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中反掃鏡在各階段的擺動(dòng)位置示意圖；圖4為本發(fā)明新型紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在長(zhǎng)焦位置的MTF；圖5為本發(fā)明新型紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在長(zhǎng)焦位置的場(chǎng)曲及畸變；圖6為本發(fā)明新型紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在長(zhǎng)焦位置的點(diǎn)列圖；圖7為本發(fā)明新型紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在短焦位置的MTF；圖8為本發(fā)明新型紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在短焦位置的場(chǎng)曲及畸變；圖9為本發(fā)明新型紅外搜索跟蹤系統(tǒng)的凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在短焦位置的點(diǎn)列圖；圖中標(biāo)記：1-變倍望遠(yuǎn)鏡，2-折轉(zhuǎn)反射鏡，3-反掃鏡，4-中繼組，5-探測(cè)器冷屏，6-像側(cè)，11-前固定物鏡，12-變倍鏡，13-后固定物鏡，14-目鏡，111-第一透鏡，112-第二透鏡，12-第三透鏡，131-第四透鏡，132-第五透鏡，46-第七透鏡，45-第八透鏡，第九透鏡44、43-第十透鏡，42-第十一透鏡，41-第十二透鏡。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于以下技術(shù)方案。實(shí)施例1本實(shí)施例是將凝視補(bǔ)償裝置應(yīng)用于制冷型640×512像元25μm凝視型焦平面探測(cè)器的例子，探測(cè)器感光面積小于此探測(cè)器的均在本發(fā)明適用范圍內(nèi)。如圖1、圖2所示，從物側(cè)0到像側(cè)6依次由變倍望遠(yuǎn)鏡1、折轉(zhuǎn)反射鏡2、反掃鏡3、中繼組4、探測(cè)器冷屏5組成。變倍望遠(yuǎn)鏡1由前固定物鏡11、變倍鏡12、后固定物鏡13和目鏡14組成，這四組透鏡的光焦度分配依次為正、負(fù)、正、正的結(jié)構(gòu)，通過(guò)變倍鏡12的軸向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)變倍、調(diào)焦功能。其中前固定物鏡由第一透鏡111和第二透鏡112組成，第一透鏡111是一個(gè)凸面朝向物側(cè)的彎月形正硅透鏡，第二透鏡112是一個(gè)凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺負(fù)透鏡，變倍鏡由第三透鏡12組成，第三透鏡12是一個(gè)雙凹負(fù)透鏡，材料為IG6，后固定物鏡由第四透鏡131和第五透鏡132組成，第四透鏡131為一個(gè)凸面朝向像側(cè)的彎月硅正透鏡，第五透鏡132為一個(gè)凸面朝向物側(cè)的彎月硅正透鏡，目鏡是第六透鏡14由一個(gè)凸面朝向像側(cè)的彎月硅正透鏡組成。折轉(zhuǎn)反射鏡2放置在第五透鏡132和第六透鏡14之間，與光軸夾角為45°，由一片平面反射鏡組成，使整個(gè)光路轉(zhuǎn)過(guò)90°，用以折疊光路減小系統(tǒng)體積。變倍望遠(yuǎn)鏡1后方是反掃鏡3，圖2是反掃鏡3工作示意圖，反掃鏡3是工作在一定頻率，一定擺動(dòng)角度的反射鏡，反掃鏡3與焦平面探測(cè)器共同置于周轉(zhuǎn)方位轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部，隨同方位轉(zhuǎn)臺(tái)一起周轉(zhuǎn)。工作時(shí)，通過(guò)反掃鏡3擺動(dòng)來(lái)保證焦平面探測(cè)器得到的物方視場(chǎng)圖像在其積分時(shí)間內(nèi)相對(duì)于搜索視場(chǎng)中的場(chǎng)景保持靜止。其中，反掃鏡3的相對(duì)運(yùn)動(dòng)與穩(wěn)定平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向相反，角速度跟穩(wěn)定平臺(tái)的相同。當(dāng)凝視積分完畢后，反掃鏡3快速回位，為下一個(gè)新視場(chǎng)內(nèi)的凝視成像做準(zhǔn)備。中繼組4由第七透鏡46、第八透鏡45、第九透鏡44、第十透鏡43、第十一透鏡42、第十二透鏡41組成，第七透鏡46是凸面朝向物側(cè)的彎月形正透鏡材料為IG6，第八透鏡45是凸面朝向物側(cè)的彎月形正透鏡材料為GASIR2,第九透鏡44是一個(gè)凸面朝向物側(cè)的彎月形鍺負(fù)透鏡，第十透鏡43是一個(gè)凸面朝向像側(cè)的彎月形硅正透鏡，第十一透鏡42是一個(gè)凸面朝向像側(cè)的彎月形鍺負(fù)透鏡，第十二透鏡41是雙凸正透鏡材料為硅。前固定物鏡11、變倍鏡12、后固定物鏡13中有非球面，中繼組4的作用是一次成像面中繼成像到像方位置，保證100％冷光闌效率。本實(shí)施例中采用的光學(xué)鏡的參數(shù)如表1所示。表1表1中Sn(n為1，2，3，…,26)代表各鏡片的表面序號(hào)，曲率半徑是指每個(gè)表面的曲率半徑。間距是指兩相鄰表面的距離，表面S1的間距，即指表面S1至S2間的距離，其余相同,玻璃材料是指透鏡所用的材料。本實(shí)施例中鏡片表面S2、S3、S11、S19的非球面系數(shù)如表2所示。表2表面序號(hào)KABCS308.029987e-009-3.9240989e-0131.9035042e-016S60-6.4026911e-0074.4257023e-011-3.4903695e-014S1304.4839243e-008-1.6634488e-0112.3650885e-014S170-9.1652737e-007-1.1871678e-009-1.2780646e-012S1901.1668458e-0067.8589274e-010-4.7061678e-013S210-3.492622e-0046.3069798e-007-2.5207822e-007S230-1.5541486e-006-7.1889168e-008-2.8711229e-011S250-7.7001717e-0062.126077e-008-6.4086289e-011偶次非球面方程定義如下：式中，C為非球面的曲率半徑，y為垂直于光軸的坐標(biāo)，k為圓錐系數(shù)，z為點(diǎn)y處的弧高，將表2中的非球面系數(shù)代入到偶次非球面方程中可以得到精確的面型曲線。表3鏡片表面S17的衍射面系數(shù)其中，C1，C2，C3，C4分別為衍射面2次項(xiàng)、4次項(xiàng)、6次項(xiàng)、8次項(xiàng)系數(shù)。表4本實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)在長(zhǎng)焦、短焦端的一些重要參數(shù)值表4中，包括有效焦距、F數(shù)、視場(chǎng)角及可變間距T1、T2。本實(shí)施例采用8個(gè)非球面及一個(gè)衍射面就達(dá)到了良好的成像質(zhì)量。圖4為凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在長(zhǎng)焦位置的MTF；圖5為凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在長(zhǎng)焦位置的場(chǎng)曲及畸變；圖6為凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在長(zhǎng)焦位置的點(diǎn)列圖；圖7為凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在短焦位置的MTF；圖8為凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在短焦位置的場(chǎng)曲及畸變；圖9為凝視補(bǔ)償裝置光學(xué)系統(tǒng)在短焦位置的點(diǎn)列圖；從圖4～圖9的圖形曲線可以看出其長(zhǎng)焦端的MTF、場(chǎng)曲、畸變及彌散斑均方根值均達(dá)到使用要求，解決了拖影問(wèn)題。實(shí)施例2本實(shí)施例是本發(fā)明應(yīng)用于制冷型640×512像元15μm凝視型焦平面探測(cè)器的例子。除下表所列參數(shù)與實(shí)施例1不同外，其余參數(shù)及功能均與實(shí)施例1相同。表5表5中，Sn代表各鏡片的表面序號(hào)。曲率半徑是指每個(gè)表面的曲率半徑。間距是指兩相鄰表面的距離，表面S1的間距，即指表面S1至S2間的距離，其余相同。玻璃材料是指透鏡所用的材料。表6實(shí)施例1的鏡片表面S2、S3、S11、S19的非球面系數(shù)。表面序號(hào)KABCS170-9.195688e-007-1.493277e-009-1.249940e-012S1901.039476e-0061.304697e-009-9.477126e-013S210-4.641110e-004-2.010087e-006-2.924787e-007S230-1.802269e-0051.603350e-0081.022170e-010S2501.993647e-005-1.265029e-0072.225485e-010偶次非球面方程定義如下：表7實(shí)施例2鏡片表面S17的衍射面系數(shù)其中，C1，C2，C3，C4分別為衍射面2次項(xiàng)、4次項(xiàng)、6次項(xiàng)、8次項(xiàng)系數(shù)。實(shí)施例3本實(shí)施例是本發(fā)明應(yīng)用于制冷型384×288像元20μm凝視型焦平面探測(cè)器的例子。除下表所列參數(shù)與實(shí)施例1不同外，其余參數(shù)及功能均與實(shí)施例1相同。表8表8中，Sn代表各鏡片的表面序號(hào)。曲率半徑是指每個(gè)表面的曲率半徑。間距是指兩相鄰表面的距離，表面S1的間距，即指表面S1至S2間的距離，其余相同。玻璃材料是指透鏡所用的材料。表9實(shí)施例3的鏡片表面S2、S3、S11、S19的非球面系數(shù)。表面序號(hào)KABCS170-9.104367e-007-1.502819e-009-1.366940e-012S1901.088199e-0061.285940e-009-9.504351e-013S210-5.112795e-004-3.524096e-006-3.179595e-007S230-1.893043e-0054.214665e-0081.493766e-010S2502.344342e-005-1.507982e-0072.797815e-010偶次非球面方程定義如下：表10實(shí)施例3鏡片表面S17的衍射面系數(shù)表面序號(hào)衍射級(jí)次中心波長(zhǎng)C1C2C3C4S1714.3um-117.037815.346764-59.73487548.497023其中，C1，C2，C3，C4分別為衍射面2次項(xiàng)、4次項(xiàng)、6次項(xiàng)、8次項(xiàng)系數(shù)。從圖形曲線可以看出其長(zhǎng)焦端的MTF、場(chǎng)曲、畸變及彌散斑均方根值均達(dá)到使用要求。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3