專(zhuān)利名稱(chēng)：雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)，屬于紅外熱成像領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)具有大小不同的兩個(gè)成像視場(chǎng)，有利于實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)的目標(biāo)搜索與小視場(chǎng)的目標(biāo)跟蹤。雙色紅外光學(xué)系統(tǒng)能同時(shí)獲取兩個(gè)波段的目標(biāo)信息，對(duì)復(fù)雜的背景進(jìn)行抑制，可以提高對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力，降低虛警率。雙色共焦光學(xué)系統(tǒng)不需要波段切換裝置，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、明顯提高探測(cè)效率。紅外消熱差光學(xué)系統(tǒng)可以工作在復(fù)雜的工作環(huán)境中，滿(mǎn)足軍用需求。目前國(guó)內(nèi)外采用的光學(xué)系統(tǒng)消熱差方法大致分為四種，即機(jī)械被動(dòng)式、電子主動(dòng)式、光學(xué)主動(dòng)式和光學(xué)被動(dòng)式。機(jī)械被動(dòng)消熱差方式使整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)體積變大，質(zhì)量增加； 電子主動(dòng)消熱差方式使光學(xué)系統(tǒng)可靠性下降，不利于彈載光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；光學(xué)被動(dòng)消熱差方式是指利用光學(xué)材料以及機(jī)械鏡筒材料熱特性之間的差異，通過(guò)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(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、尺寸小、質(zhì)量輕、不需供電、系統(tǒng)可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，其綜合效率最高；光學(xué)主動(dòng)消熱差方式與光學(xué)被動(dòng)消熱差方式比較稍顯復(fù)雜，需要在環(huán)境變化時(shí)移動(dòng)光學(xué)元件，但在復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也不失為一種簡(jiǎn)單、有效的消熱差方法。雙色紅外光學(xué)系統(tǒng)本身由于存在較大的色差，實(shí)現(xiàn)兩波段共焦具有一定技術(shù)難度，需要合理選擇光學(xué)材料，但紅外光學(xué)材料可同時(shí)應(yīng)用于雙波段成像的可選范圍又很小； 在保證兩波段共焦的同時(shí)，在視場(chǎng)切換過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)消熱差效果又從另一個(gè)角度提升了技術(shù)難度。另外，光學(xué)系統(tǒng)需要考慮與紅外制冷探測(cè)器的冷光闌匹配問(wèn)題。種種難度導(dǎo)致國(guó)內(nèi)現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)大多停留于未消熱的雙視場(chǎng)雙波段成像階段。目前，國(guó)外報(bào)道的紅外熱成像光學(xué)系統(tǒng)中最先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)即法國(guó)的雙視場(chǎng)雙波段切換成像光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不具有雙色共焦系統(tǒng)的探測(cè)率高的優(yōu)勢(shì)，且現(xiàn)有資料尚未提及本系統(tǒng)已進(jìn)行消熱差考慮。因此研制雙視場(chǎng)/雙色紅外消熱差光學(xué)系統(tǒng)具有無(wú)可比擬的發(fā)明和應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)，具有上述雙視場(chǎng)/雙色紅外消熱差光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所述的雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)，工作波段為 4. 4-5. 4um/7. 8-8. 8um，焦距為183mm/61mm，工作溫度為_(kāi)40°C +60°C。寬窄視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng) F數(shù)相同(2. 68)，共用同一雙色紅外焦平面探測(cè)器，具有近似100%的冷光闌效率。采用光學(xué)主動(dòng)消熱方式使MWR與UWR在工作范圍內(nèi)始終共焦成像，達(dá)到良好的消熱差效果，保證環(huán)境適應(yīng)性。其結(jié)構(gòu)包括對(duì)焦鏡組、固定鏡組、寬視場(chǎng)變焦鏡組、窄視場(chǎng)變焦鏡組、雙色紅外探測(cè)器窗口玻璃、光闌和雙色紅外探測(cè)器。系統(tǒng)各光學(xué)表面均為球面，光學(xué)材料只有兩種常用的紅外材料鍺和硫化鋅。所述的雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)，采用一片球面鏡(材料為鍺)作為對(duì)焦鏡組。所述的雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)，采用一片球面鏡(材料為硫化鋅) 作為固定鏡組。所述的對(duì)焦鏡組和固定鏡組為寬窄視場(chǎng)共用鏡組結(jié)構(gòu)，通過(guò)移動(dòng)對(duì)焦鏡組，改變對(duì)焦鏡組與固定鏡組之間的距離，不僅可以實(shí)現(xiàn)有限距離到無(wú)窮遠(yuǎn)的調(diào)焦，而且可以實(shí)現(xiàn)不同溫度下的消熱差。所述的雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)，采用兩片球面鏡(材料均為鍺) 作為寬視場(chǎng)的變焦鏡組，采用一片球面鏡(材料為硫化鋅)作為窄視場(chǎng)的變焦鏡組。通過(guò)兩變焦鏡組繞平行于光軸方向的某一固定軸旋轉(zhuǎn)切換實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)轉(zhuǎn)換。所述的雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)的雙色紅外探測(cè)器采用制冷紅外焦平面探測(cè)器，用于同時(shí)接收麗頂和UWR的圖像。所述的雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)，采用探測(cè)器的冷光闌作為孔徑光闌，以滿(mǎn)足近似百分之百的冷光闌效率，消除到達(dá)探測(cè)器的雜散光，提高探測(cè)率。本發(fā)明是雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)，具有以下有益效果1、同一系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)搜索與目標(biāo)跟蹤兩項(xiàng)功能，可以對(duì)有限遠(yuǎn)到無(wú)窮遠(yuǎn)距離清晰調(diào)焦成像。2、可對(duì)中波和長(zhǎng)波紅外同時(shí)共焦成像，提高對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力，降低虛警率；3、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩波段精確主動(dòng)消熱，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。4、降低了加工難度和生產(chǎn)成本，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)工作在寬視場(chǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖(也作為摘要附圖)；圖2為雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)工作在窄視場(chǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、對(duì)焦鏡組，2、固定鏡組，3、寬視場(chǎng)變焦鏡組，4、窄視場(chǎng)變焦鏡組，5、雙色紅外探測(cè)器窗口玻璃，6、光闌，7、雙色紅外探測(cè)器。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，目標(biāo)輻射源發(fā)出的紅外光波被所述的對(duì)焦鏡組1接收，經(jīng)過(guò)固定鏡組 2到達(dá)寬視場(chǎng)變焦鏡組3或者窄視場(chǎng)變焦鏡組4，最后順序通過(guò)雙色紅外探測(cè)器的窗口玻璃 5以及光闌6，成像到雙色紅外探測(cè)器7上，對(duì)雙色紅外探測(cè)器進(jìn)行圖像處理與識(shí)別即可辨別紅外輻射目標(biāo)。光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)移動(dòng)對(duì)焦鏡組改變對(duì)焦鏡組與固定鏡組之間的距離，可以實(shí)現(xiàn)有限距離到無(wú)窮遠(yuǎn)的調(diào)焦；通過(guò)兩變焦鏡組繞平行于光軸方向的某一固定軸旋轉(zhuǎn)切換實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)轉(zhuǎn)換，達(dá)到目標(biāo)搜索與目標(biāo)跟蹤模式的轉(zhuǎn)換目的。光學(xué)系統(tǒng)為完全主動(dòng)消熱，可工作于復(fù)雜環(huán)境溫度下，用于復(fù)雜背景識(shí)別。以下給出動(dòng)態(tài)工作過(guò)程其第一項(xiàng)功能，完成寬視場(chǎng)目標(biāo)搜索如圖1所示，當(dāng)紅外波被所述對(duì)焦鏡組1接收，經(jīng)過(guò)固定鏡組2到達(dá)寬視場(chǎng)變焦鏡組3，最后順序通過(guò)雙色紅外探測(cè)器的窗口玻璃5以及光闌6，成像到雙色紅外探測(cè)器7上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)背景目標(biāo)的搜索。其第二項(xiàng)功能，完成小視場(chǎng)目標(biāo)跟蹤如圖2所示，當(dāng)將寬視場(chǎng)變焦鏡組3切換為窄視場(chǎng)變焦鏡組4時(shí)，系統(tǒng)步入小視場(chǎng)目標(biāo)跟蹤狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤工作。其第三項(xiàng)功能，復(fù)雜工作環(huán)境下正常工作如第一項(xiàng)和第二項(xiàng)功能所述，所述的雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)在-40°C-60°C進(jìn)行主動(dòng)消熱，可工作于該溫度范圍內(nèi)的任意工作環(huán)境中。
權(quán)利要求
1.雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)，工作波段為4.4-5. 4um/7. 8-8. Sum,焦距為 183mm/61mm,工作溫度為_(kāi)40°C +60°C。寬窄視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)相同(2. 68)，共用同一雙色紅外焦平面探測(cè)器，具有近似100%的冷光闌效率；采用光學(xué)主動(dòng)消熱方式使MWR與LWR 在工作范圍內(nèi)始終共焦成像，達(dá)到良好的消熱差效果，保證環(huán)境適應(yīng)性。其結(jié)構(gòu)包括對(duì)焦鏡組、固定鏡組、寬視場(chǎng)變焦鏡組、窄視場(chǎng)變焦鏡組、雙色紅外探測(cè)器窗口玻璃、光闌和雙色紅外探測(cè)器。系統(tǒng)各光學(xué)表面均為球面，光學(xué)材料只有兩種常用的紅外材料鍺和硫化鋅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)，其特征是目標(biāo)輻射源發(fā)出的紅外光波被所述的對(duì)焦鏡組接收，經(jīng)過(guò)固定鏡組到達(dá)寬視場(chǎng)變焦鏡組或者窄視場(chǎng)變焦鏡組，最后順序通過(guò)雙色紅外探測(cè)器的窗口玻璃以及光闌，成像到雙色紅外探測(cè)器上，對(duì)雙色紅外探測(cè)器進(jìn)行圖像處理與識(shí)別即可辨別紅外輻射目標(biāo)。光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)移動(dòng)對(duì)焦鏡組改變對(duì)焦鏡組與固定鏡組之間的距離，不僅可以實(shí)現(xiàn)有限距離到無(wú)窮遠(yuǎn)的調(diào)焦，而且可以達(dá)到消熱差效果；通過(guò)兩變焦鏡組繞平行于光軸方向的某一固定軸旋轉(zhuǎn)切換實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)轉(zhuǎn)換，達(dá)到目標(biāo)搜索與目標(biāo)跟蹤模式的轉(zhuǎn)換目的。光學(xué)系統(tǒng)為完全主動(dòng)消熱，可工作于復(fù)雜環(huán)境溫度下，用于復(fù)雜背景識(shí)別。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙視場(chǎng)/雙色紅外主動(dòng)消熱差光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種冷光闌效率近似100％的主動(dòng)消熱差成像光學(xué)系統(tǒng)，屬于紅外熱成像領(lǐng)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(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)相同(2.68)，共用同一雙色紅外焦平面探測(cè)器，具有近似100％的冷光闌效率。采用光學(xué)主動(dòng)消熱方式使MWIR與LWIR在工作范圍內(nèi)始終共焦成像，達(dá)到良好的消熱差效果，保證環(huán)境適應(yīng)性。其結(jié)構(gòu)包括對(duì)焦鏡組、固定鏡組、寬視場(chǎng)變焦鏡組、窄視場(chǎng)變焦鏡組、雙色紅外探測(cè)器窗口玻璃、光闌和雙色紅外探測(cè)器。系統(tǒng)各光學(xué)表面均為球面，光學(xué)材料只有兩種常用的紅外材料鍺和硫化鋅。
文檔編號(hào)G01J5/08GK102354044SQ20111028471
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者付躍剛, 劉智穎, 王志堅(jiān), 賈永丹 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)