[發(fā)明專利]含反射式空間光調(diào)制器的大視場(chǎng)掃描紅外光學(xué)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410022252.4
• 申請(qǐng)日: 2014-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103760670A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常軍;宋大林;馮萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含反射式空間光調(diào)制器的大視場(chǎng)掃描紅外光學(xué)系統(tǒng)，特別適用于大掃描視場(chǎng)紅外焦平面成像。?

背景技術(shù)

紅外成像技術(shù)在現(xiàn)代偵察、救援中的作用日益突出。導(dǎo)引頭的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面共形整流罩外表面具有較尖的拱狀外形，既可以滿足光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)的像質(zhì)要求，也可以滿足流體動(dòng)力學(xué)的低阻力要求。但是，當(dāng)整流罩后面的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)一定范圍的視場(chǎng)進(jìn)行跟蹤掃描成像時(shí)，由于參與成像的整流罩面型是非球面的，給后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)引入各種像差，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。由于在不同掃描視場(chǎng)時(shí)系統(tǒng)的殘余像差是不同的，采用空間光調(diào)制器可以校正系統(tǒng)在不同掃描視場(chǎng)時(shí)的像差，從而獲得大視場(chǎng)高質(zhì)量的成像。?

與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)是專利CN.200910236443.X，該光學(xué)系統(tǒng)只有5°-10°視場(chǎng)，且全部采用折射元件，系統(tǒng)長(zhǎng)度較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以滿足推進(jìn)器內(nèi)部空間狹小的使用條件。?

為了克服上述缺點(diǎn)，特設(shè)計(jì)一種含非空間光調(diào)制器的大視場(chǎng)掃描紅外光學(xué)系統(tǒng)，可適于較大范圍的掃描視場(chǎng)（±60°），系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、長(zhǎng)度短，可以利用反射式空間光調(diào)制器對(duì)不同視場(chǎng)時(shí)系統(tǒng)的殘余像差進(jìn)行相位補(bǔ)償，從而在各個(gè)掃描視場(chǎng)都能獲得接近衍射極限的調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）值。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決非球面整流罩條件下，系統(tǒng)視場(chǎng)較小及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，提出一種含反射式空間光調(diào)制器的大視場(chǎng)掃描紅外光學(xué)系統(tǒng)。?

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。?

本發(fā)明的一種含反射式空間光調(diào)制器的大視場(chǎng)掃描紅外光學(xué)系統(tǒng)包括：旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面整流罩（1），雙二次曲面校正板（2），消色差旋轉(zhuǎn)雷斯萊棱鏡對(duì)（3），分光棱鏡（4）、反射式空間光調(diào)制器（5）、球面光學(xué)透鏡組（6）、球面光學(xué)透鏡（7）、球面光學(xué)透鏡組（8）、保護(hù)窗口（9）、探測(cè)器像面(10)。在光的傳播方向上，元件（1）到（6）依次按順序排列，在（6）反射回的光經(jīng)過(guò)分光棱鏡中間面的反射后，光軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，元件（7）到（9）在旋轉(zhuǎn)后的光軸上依次排列。?

其中，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面整流罩（1）是有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的非球面，雙二次曲面校正板（2）用于校正像差，消色差旋轉(zhuǎn)雷斯萊棱鏡對(duì)（3）可進(jìn)行大范圍視場(chǎng)掃描及消色差，分光棱鏡（4）可以對(duì)光路進(jìn)行折轉(zhuǎn)以留出空間來(lái)放置后面的光學(xué)元件，反射式空間光調(diào)制器（5）用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相位補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)像差的校正。?

本發(fā)明具體設(shè)計(jì)方法如下：?

1.采用了一種符合介質(zhì)動(dòng)力學(xué)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面整流罩（1），使用雙二次曲面校正板（2）進(jìn)行像質(zhì)補(bǔ)償。在減小介質(zhì)阻力、提高運(yùn)動(dòng)范圍的同時(shí)，使成像質(zhì)量接近衍射極限；?

2.為了使系統(tǒng)在大的跟蹤視場(chǎng)的目標(biāo)能成像在探測(cè)器像面上，采用消色差旋轉(zhuǎn)累斯萊棱鏡對(duì)（4）對(duì)目標(biāo)進(jìn)行光機(jī)掃描。如圖2所示，將累斯萊棱鏡成對(duì)使用，光楔對(duì)在與光軸垂直的平面內(nèi)繞著光軸旋轉(zhuǎn)，在后續(xù)成像系統(tǒng)不運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，低溫線圈和電子設(shè)備不通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置。對(duì)一定目標(biāo)視場(chǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。系統(tǒng)掃描視場(chǎng)可達(dá)±60°。?

3.為了校正在不同掃描視場(chǎng)時(shí)系統(tǒng)所殘留的不同波像差，采用反射式空間光調(diào)制器（5）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的相位補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)在各個(gè)掃描視場(chǎng)時(shí)系統(tǒng)的成像質(zhì)量都能達(dá)到衍射極限，從而可以增大掃描角度，降低系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。?

4.為了減小系統(tǒng)長(zhǎng)度、滿足光學(xué)元件的放置空間需求，在系統(tǒng)中使用了分光棱鏡（4）對(duì)光路進(jìn)行折轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)有效地減小了系統(tǒng)的長(zhǎng)度，使系統(tǒng)體積緊湊，同時(shí)在使用反射式空間光調(diào)制器（5）的反射系統(tǒng)中為后繼的光學(xué)元件留出足夠的放置空間。?

通過(guò)以上的設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明的一種含反射式空間光調(diào)制器的大視場(chǎng)掃描紅外光學(xué)系統(tǒng)可適于±60°范圍的掃描視場(chǎng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、長(zhǎng)度短，在各個(gè)不同的掃描視場(chǎng)都可獲得接近衍射極限的調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）值。?

本發(fā)明的工作原理：無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo)發(fā)射的紅外輻射依次經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面整流罩（1），雙二次曲面校正板（2），消色差旋轉(zhuǎn)雷斯萊棱鏡對(duì)（3）、分光棱鏡（4）、反射式空間光調(diào)制器（5），經(jīng)反射式空間光調(diào)制器（5）反射后又入射到分光棱鏡（4），經(jīng)分光棱鏡（4）的反射后入射到球面光學(xué)透鏡組（6），然后依次經(jīng)過(guò)球面光學(xué)透鏡（7）、球面光學(xué)透鏡組（8）、保護(hù)窗口（9）后，照射到探測(cè)器像面（10）上，得到最后的像。?

有益效果?