一种基于阶跃式扫描的广角高分辨率红外光学系统技术方案

本发明专利技术为了解决传统红外导引头的成像系统采用框架运动结构，导致视场小、体积大、分辨率低、不利于轻量化的问题，提出一种基于阶跃式扫描的广角高分辨率红外光学系统，包括：扩束镜组、扫描楔形镜和成像镜组。本系统的优点在于将扫描楔形镜设置在扩束镜组和成像镜组之间，使扫描楔形镜能够受控进行旋转定位扫描。本发明专利技术具有高分辨率、大相对孔径、成像覆盖面积广、结构紧凑、体积小、重量轻等特点。本发明专利技术的成像系统通过楔形镜进行旋转定位扫描，扫描速度快，且不存在成像拖尾、虚影等现象。

【技术实现步骤摘要】
一种基于阶跃式扫描的广角高分辨率红外光学系统
本专利技术涉及红外扫描光学成像领域，具体涉及一种基于阶跃式扫描的广角高分辨率红外光学系统。
技术介绍
传统红外导引头的成像系统采用框架运动结构，会导致视场小、体积大、分辨率低、不利于轻量化的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有红外成像技术采用框架运动结构而产生的视场小、体积大、分辨率低、不利于轻量化等缺陷，提出了一种基于阶跃式扫描的广角高分辨率红外光学系统，包括：扩束镜组、扫描楔形镜和成像镜组；所述扫描楔形镜设置在扩束镜组和成像镜组之间，所述扫描楔形镜能够受控进行旋转定位扫描。优选地，所述扫描楔形镜能够旋转到光楔转角为0°、90°、180°和270°的位置进行定位扫描。优选地，还包括视场拼接处理装置，用于将成像镜组接收到的不同光楔转角下的视场图像进行拼接处理得到总图像。优选地，所述系统捷联于导弹弹体导引头上。本专利技术的有益效果是：1、能够实现大视场、高分辨率、高帧频、成像覆盖面极广；在一个实施例中，视场100°×100°，分辨率1024×1024，帧频20fps；2、系统为小型化设计，具有结构紧凑、体积小、重量轻的特点；在一个实施例中，外形尺寸＜φ122mm×193mm，总重量＜2.7kg；3、成像系统通过楔形镜进行旋转定位扫描，扫描速度快，且不存在成像拖尾、虚影等现象。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。>附图说明被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1为本专利技术一个实施例的结构图；图2为一个实施例中光楔转角为0°时的视场物像对应关系图；其中图2(a)为物空间视场，图2(b)为物空间视场在像面上的分布；图3为一个实施例中光楔转角为90°时的视场物像对应关系图；其中图3(a)为物空间视场，图3(b)为物空间视场在像面上的分布；图4为一个实施例中光楔转角为180°时的视场物像对应关系图；其中图4(a)为物空间视场，图4(b)为物空间视场在像面上的分布；图5为一个实施例中光楔转角为270°时的视场物像对应关系图；其中图5(a)为物空间视场，图5(b)为物空间视场在像面上的分布；图6为一个实施例中将图2至图5进行视场拼接后得到的空间成像示意图；图7为本专利技术实施例的光学系统传函曲线图；图8为本专利技术实施例的光学系统弥散斑图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。本专利技术提供一种基于阶跃式扫描的广角高分辨率红外光学系统，如图1所示，包括：扩束镜组1、扫描楔形镜2和成像镜组3；扫描楔形镜2设置在扩束镜组1和成像镜组3之间，扫描楔形镜2能够受控进行旋转定位扫描。“阶跃式”是指扫描楔形镜快速转过一个角度然后停留一段时间，与前述的旋转定位扫描含义相近。扫描楔形镜旋转到不同角度会获得不同的视场。“阶跃式”区别于连续扫描，在成像后的图像处理时，选用停留时获得视场进行拼接，得到最终的总图像。扫描楔形镜2能够旋转到光楔转角为0°、90°、180°和270°的位置进行定位扫描。目的是获得这四个定位状态下的视场，便于完成后续的视场拼接。具体将何种状态设置为初始的0°角不会影响专利技术目的的实现，因为无论初始位置如何，经过0°、90°、180°和270°的定位扫描后都能获得大视场成像，能够满足后续视场拼接的要求。阶跃式扫描的广角高分辨率红外光学系统还可以包括视场拼接处理装置，用于将成像镜组接收到的不同光楔转角下的图像进行拼接处理得到总图像。视场拼接处理装置可以是能够进行图像处理的计算机，将定位扫描获取到的0°、90°、180°和270°的视场拼接合成总图像。本专利技术的一个实施例解决了广角、高分辨率、轻量化设计等问题，为制导系统提供红外光电载荷，具有成像视场大、覆盖面积广、高分辨率、体积小、重量轻等技术特点，可实现对目标的搜索、侦察。<实施例>本实施例的结构图如图1所示，包括1：扩束镜组，2：扫描楔形镜，3：成像镜组。扫描楔形镜2位于扩束镜组1与成像镜组3之间，通过楔形镜的旋转定位扫描实现100°×100°视场范围内的覆盖成像。图1中不同的光束代表不同视场，即能观察到的区域的不同。本实施例中，通过扫描楔形镜旋转定位实现，通过扫描镜的四次定位成像，通过图像处理完成视场拼接。光楔转角为0°、90°、180°和270°时的物像对应关系图如图2至图5所示。通过视场拼接后得到的空间成像如图6所示。本实施例的光学系统传函曲线图和光学系统弥散斑图分别如图7和图8所示。在光学系统设计时引入了二元面、非球面，并进行了光学无热化设计，保证光学系统在-40℃～+60℃范围内成像质量优良。光学系统的工作波段3.7μm～4.8μm，物方视场100°×100°,分辨率1024×1024，F数2，调制传递函数0视场≥0.72(20lp/mm)；全视场≥0.31(20p/mm)；具有结构简单、质量轻、体积小以及高分辨率、大相对孔径，成像覆盖面积广的特点。本实施例的高分辨率广角长波制冷红外成像光学系统能够捷联于导弹弹体上，采用阶跃式扫描技术，打破以往框架运动结构的约束。设计结果表明，本实施例视场大小为100°×100°，光学分辨率1024×1024，在20lp/mm处，轴上视场的调制传递函数(MTF)高于0.6，成像清晰，具有成像分辨率高，视场大且体积小等优点，可捷联于导弹弹体导引头上。。虽然已经通过例子对本专利技术的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本专利技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本专利技术的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本专利技术的范围由所附权利要求来限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阶跃式扫描的广角高分辨率红外光学系统，其特征在于，包括：/n扩束镜组(1)、扫描楔形镜(2)和成像镜组(3)；/n所述扫描楔形镜(2)设置在扩束镜组(1)和成像镜组(3)之间，所述扫描楔形镜(2)能够受控进行旋转定位扫描。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于阶跃式扫描的广角高分辨率红外光学系统，其特征在于，包括：
扩束镜组(1)、扫描楔形镜(2)和成像镜组(3)；
所述扫描楔形镜(2)设置在扩束镜组(1)和成像镜组(3)之间，所述扫描楔形镜(2)能够受控进行旋转定位扫描。


2.根据权利要求1所述的基于阶跃式扫描的广角高分辨率红外光学系统，其特征在于，所述扫描楔形镜(2)能够旋转到光楔转角...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨克君，杨振，张建隆，叶明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23