基于紅外面陣探測器掃描成像的光機(jī)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本專利涉及紅外探測系統(tǒng)，特別的，是涉及到一種基于面陣探測器的掃描探測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
:
[0002]第二代紅外告警系統(tǒng)自上世紀(jì)70年代末國外開始研究，至今已有30多年。第二代紅外告警系統(tǒng)是利用紅外線列探測器，以1Hz左右的轉(zhuǎn)速掃描成像。由于線列掃描成像的機(jī)制的制約，第二代紅外告警系統(tǒng)性能被短積分時(shí)間和低幀頻所限制。
[0003]第三代紅外告警系統(tǒng)一般采用面陣紅外探測器凝視成像，其積分時(shí)間由第二代的幾十微秒級(jí)提升到毫秒級(jí)，凝視幀頻可高達(dá)100Hz。因此第三代紅外告警系統(tǒng)的告警精度和距離等指標(biāo)將大幅超越基于線列掃描的第二代告警系統(tǒng)。
[0004]為了追求更遠(yuǎn)的探測距離，一般將凝視型紅外成像系統(tǒng)的焦距設(shè)計(jì)較長，導(dǎo)致凝視視場較小，不能覆蓋所需的告警范圍。根據(jù)其應(yīng)用場合，基于紅外面陣探測器的告警系統(tǒng)一般可以設(shè)計(jì)成視場分布式系統(tǒng)，360度方位的全景告警系統(tǒng)由多個(gè)視場凝視告警系統(tǒng)拼接組合而成。然而采用多個(gè)探測器同時(shí)凝視成像，會(huì)使制造成本激增。采用單個(gè)探測器來覆蓋360度方位的告警，則必須要引入掃描機(jī)制。采用面陣探測器連續(xù)回轉(zhuǎn)成像將難以避免的會(huì)產(chǎn)生像的模糊和拖影，這是面陣探測器連續(xù)掃描技術(shù)的一個(gè)主要缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0005]本專利提出了一種基于紅外面陣探測器掃描成像的光機(jī)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)360度全方位成像，并且圖像穩(wěn)定，沒有拖影。本專利是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]整體光機(jī)結(jié)構(gòu)由俯仰指向鏡1，紅外望遠(yuǎn)鏡頭2，方位補(bǔ)償擺鏡3，紅外成像鏡頭4，紅外面陣焦平面探測器5，方位掃描轉(zhuǎn)臺(tái)6組成，其中俯仰指向鏡1、紅外望遠(yuǎn)鏡頭2、方位補(bǔ)償擺鏡3、紅外成像鏡頭4和紅外面陣焦平面探測器5固定于方位掃描轉(zhuǎn)臺(tái)6上。來自無窮遠(yuǎn)的平行光束依次通過俯仰指向鏡1，紅外望遠(yuǎn)鏡頭2，方位補(bǔ)償擺鏡3，紅外成像鏡頭4，最后成像到紅外面陣焦平面探測器5。
[0007]所述的紅外望遠(yuǎn)鏡頭2是一套無光焦度光學(xué)系統(tǒng)，其光學(xué)放大率的絕對(duì)值大于1。
[0008]系統(tǒng)在工作狀態(tài)時(shí)，方位掃描轉(zhuǎn)臺(tái)(6)以穩(wěn)定的角速度連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，探測器在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中進(jìn)行積分讀出，探測器一次積分形成一幀圖像，多次積分形成多幀圖像后拼接組成360°全景圖像。如圖2所示。每次積分圖像的視場有少量的重疊區(qū)域，保證探測視場無死角，最后在后期圖像信號(hào)處理時(shí)去除重疊區(qū)域。
[0009]面陣探測器在一個(gè)積分時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入探測器的光線視場必須保持穩(wěn)定，否則會(huì)產(chǎn)生模糊拖影，然而方位掃描轉(zhuǎn)臺(tái)6以角速度ω 1連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致進(jìn)入探測器的方位視場也以ω 1的速度連續(xù)變化。本專利通過以下方法解決這個(gè)問題:方位補(bǔ)償擺鏡3在紅外望遠(yuǎn)鏡頭2后反射光路，并以角速度ω 2反方向擺動(dòng)，使方位視場反方向變化，最終補(bǔ)償方位掃描轉(zhuǎn)臺(tái)6引起的方位視場變化。由望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)特性，各個(gè)視場角的平行光入射會(huì)平行光出射，所以方位補(bǔ)償擺鏡3在平行光路中擺動(dòng)不會(huì)改變成像質(zhì)量。望遠(yuǎn)系統(tǒng)的放大倍率γ即為角放大率，控制方位補(bǔ)償擺鏡3的擺動(dòng)角速度ω2為ω?的γ倍，則可以保證積分時(shí)間內(nèi)圖像穩(wěn)定，沒有拖影。
[0010]本專利結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于:全方位掃描，圖像無像模糊拖影，望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)和二次成像物鏡結(jié)構(gòu)相結(jié)合。
【附圖說明】
:
[0011 ]圖1為本專利光機(jī)結(jié)構(gòu)具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為面陣掃描成像原理示意圖。
[0013]圖3為本專利的光機(jī)結(jié)構(gòu)中紅外望遠(yuǎn)鏡頭和方位補(bǔ)償擺鏡位置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0014]按照附圖1的示意圖所標(biāo)示:
[0015]俯仰指向鏡1是一個(gè)俯仰角可調(diào)節(jié)的平面反射鏡，其作用是調(diào)節(jié)成像視場的俯仰角度值。俯仰角度值一般在系統(tǒng)工作之前調(diào)節(jié)好，俯仰指向鏡1在探測器積分開始后，保持不動(dòng)。
[0016]紅外望遠(yuǎn)鏡頭2是一個(gè)無光焦度的紅外光學(xué)系統(tǒng)，其作用是將其入瞳處的無限遠(yuǎn)的平行光束壓縮到出瞳處，并以平行光出射。其角放大率為γ。由望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的特性可得，其入瞳尺寸和出瞳尺寸之比也為γ。γ越大，后續(xù)光路中的方位補(bǔ)償擺鏡3尺寸越小，有利于電機(jī)高精度控制方位補(bǔ)償擺鏡3的擺動(dòng)。
[0017]方位補(bǔ)償擺鏡3是一個(gè)平面反射鏡，其旋轉(zhuǎn)軸與平面反射鏡法線垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)回?cái)[運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)電機(jī)控制。方位補(bǔ)償擺鏡3在光路上的作用是將從紅外望遠(yuǎn)鏡頭2出射的平行光束反射到紅外成像鏡頭4的入瞳中去。系統(tǒng)在工作狀態(tài)時(shí)，方位掃描轉(zhuǎn)臺(tái)6以穩(wěn)定的角速度ω 1連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在探測器的一個(gè)積分時(shí)間內(nèi)，方位補(bǔ)償擺鏡3以ω 2的角速度從零位反方向擺動(dòng)。ω2與ω?之比嚴(yán)格控制為γ。當(dāng)一幀積分時(shí)間結(jié)束后，方位補(bǔ)償擺鏡3迅速回到零位，在下一幀積分時(shí)間開始后，重復(fù)以上過程。方位補(bǔ)償擺鏡3的位置在紅外望遠(yuǎn)鏡頭2的出瞳位置附近，可以使其反射鏡尺寸最小。
[0018]紅外成像鏡頭4的作用是將方位補(bǔ)償擺鏡3反射出的平行光成像到紅外面陣焦平面探測器5上。其結(jié)構(gòu)為兩次成像結(jié)構(gòu)，其出瞳為紅外面陣焦平面探測器5杜瓦的冷光闌，其入瞳位置在鏡頭第一片鏡處。整體光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，是綜合了紅外望遠(yuǎn)鏡頭2和紅外成像鏡頭4的共同作用。在方位補(bǔ)償擺鏡3不同位置時(shí)，只要MTF(光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù))不明顯下降，并且光學(xué)系統(tǒng)的畸變變化量在1 %以內(nèi)，就可以保證像面穩(wěn)定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于紅外面陣探測器掃描成像的光機(jī)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含以下部分:俯仰指向鏡(1)，紅外望遠(yuǎn)鏡頭(2)，方位補(bǔ)償擺鏡(3)，紅外成像鏡頭(4)，紅外面陣焦平面探測器(5)，方位掃描轉(zhuǎn)臺(tái)出)，其特征在于:俯仰指向鏡(1)、紅外望遠(yuǎn)鏡頭(2)、方位補(bǔ)償擺鏡(3)、紅外成像鏡頭(4)和紅外面陣焦平面探測器(5)固定于方位掃描轉(zhuǎn)臺(tái)(6)上，來自物方的光線依次通過俯仰指向鏡(1)，紅外望遠(yuǎn)鏡頭(2)，方位補(bǔ)償擺鏡(3)，紅外成像鏡頭(4)，最后成像到紅外面陣焦平面探測器(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紅外面陣探測器掃描成像的光機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的紅外望遠(yuǎn)鏡頭(2)是一套無光焦度光學(xué)系統(tǒng)，其光學(xué)放大率的絕對(duì)值大于1。
【專利摘要】本專利公開了一種基于紅外面陣探測器掃描成像的光機(jī)結(jié)構(gòu)。本專利提出一種光機(jī)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括俯仰指向鏡（1），紅外望遠(yuǎn)鏡頭（2），方位補(bǔ)償擺鏡（3），紅外成像鏡頭（4），紅外面陣焦平面探測器（5），方位掃描轉(zhuǎn)臺(tái)（6）。該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了單個(gè)紅外面陣探測器在360度全方位掃描成像，保證紅外圖像獲取時(shí)不因?yàn)槠脚_(tái)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生模糊效應(yīng)，可以充分發(fā)揮面陣紅外焦平面探測器積分時(shí)間長、靈敏度高的特點(diǎn)。本專利結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)在于：全方位掃描，圖像無像模糊拖影，望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)和二次成像物鏡結(jié)構(gòu)相結(jié)合。
【IPC分類】H04N5/225, G01J5/08, H04N5/33
【公開號(hào)】CN204964030
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520185695
【發(fā)明人】蹇毅, 朱承希, 高思莉
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日