本发明专利技术公开了一种采用双光楔实现的机载红外扫描观察装置，属于光电侦察技术领域。该装置包括第一、第二楔镜组，热像仪、第一、第二执行机构、伺服驱动电路、显示器和计算机；计算机根据机上操控单元给出的瞄准线指令计算第一、第二楔镜组绕各自转轴的旋转角度并发送给伺服驱动电路，由此分别驱动第一、第二执行机构带动第一、第二楔镜组转动；空间红外景物经由第一、二楔镜组后由热像仪成像并生成视频信号，最终通过显示器显示给操作人员观察。本发明专利技术通过消色楔镜组件使机载红外导航装置实现了瞄准线扫描观察，且扫描观察装置具有结构紧凑、体积小、重量轻，对环境振动不敏感等优点，特别适用于有小型化要求的红外搜索导航系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电侦察
，主要涉及一种机载红外搜索导航吊舱用的扫描 观察装置，尤其涉及一种采用消色差双光楔实现瞄准线扫描的机载红外扫描观察装置。
技术介绍
机载红外搜索导航吊舱用于提高飞机在夜间和复杂气象条件下的战场感知能 力，使夜间低空突防成为可能，使得飞机真正具备夜视夜战能力。为了完成目标搜索和飞行导航任务，飞行员要对飞行前方区域进行扫描观察， 机载红外搜索导航吊舱的瞄准线需要在方位和俯仰两个方向上进行扫描运动。传统的实 现瞄准线扫描观察的方法一种是将红外热像仪探测器安装在万向架结构中，通过万向架 的转动实现瞄准线方位、俯仰运动；另一种是将安装在万向架结构上的反射镜放置在红 外热像仪探测器前端光路中，通过万向架转动反射镜实现瞄准线运动。在第一种采用万向架结构形式的方法中优点是控制规律简单，缺点包括(1) 结构尺寸大；(2)负载转动惯量大，伺服控制难度大。在第二种采用反射镜的方法中优 点是可以减小宽度方向的尺寸，缺点包括(1)需要消除反射镜运动带来的像旋；(2)瞄 准线无法实现大角度范围运动；(3)系统运动机构多，结构复杂，空间利用率不高；(4) 对外界振动敏感。在机载设备中，结构体积和重量常常都有严格的要求，特别是在固定翼飞机 上，外挂设备的宽度和高度尺寸都有严格的限制。显然上述两种实现瞄准线运动的方法 不能很好地满足这一限制要求，因而需要考虑一种新的实现瞄准线运动的控制方法。光楔是光学系统中实现小角度偏转的元件，可以改变光线方向。当两个相同 光楔配对组成双光楔使用，通过控制两个光楔的相对旋转角度，出射光线可以在以入射 光为轴的角锥内任意方向变化，引导光轴到达指定的位置，就可以实现瞄准线的扫描运 动。当瞄准线扫描运动的角度较大时，就需要光楔的楔角较大。较大楔角的光楔在偏转 光线的同时会带来严重的色差。为了消除色差，设计一种楔镜组，将两个不同材质不同 楔角的光楔进行组合，楔角大的楔镜采用色散小的材料，如硅单晶；楔角小的楔镜采用 色散大的材料，如锗单晶。两个光楔相对的工作平面相对平行，这样组合的楔镜组的色 散可以减小到光学系统的使用要求之内。美国专利USP7037005B2公开了一种采用消色差棱镜的云台装置。该装置中使 用了两块相同的消色差棱镜，每个消色差棱镜由两块光楔组成。第一消色差棱镜1和第 二消色差棱镜2位置关系如图1所示。第一消色差棱镜1由第一光楔1-1和第二光楔1-2 如图放置组成，第二消色差棱镜由第三光楔2-1和第四光楔2-2如图放置组成。第二光 楔1-2的第二镜面1-6垂直于光轴3，第三光楔2-1的第一镜面2-3垂直于光轴3，这两 个镜面相互平行。第一光楔1-1的第二镜面1-4倾斜于光轴3，第二光楔1-2的第一镜面 1-5倾斜于光轴3，这两个镜面相互平行。第一光楔1-1的第一镜面1-3倾斜于光轴3。 第三光楔2-1的第二镜面2-4倾斜于光轴3，第四光楔2-2的第一镜面2-5倾斜于光轴3，这两个镜面相互平行。第四光楔2-2的第二镜面2-6倾斜于光轴3。第二光楔1-2和第 三光楔2-1采用硫化锌材料，第一光楔1-1和第四光楔2-2采用蓝宝石材料。第一消色差棱镜1和第二消色差棱镜2绕光轴3相对转动可以在30度范围内改 变可见光/长波红外光的方向，为静止的成像设备提供一种左右、上下摇摄方法。该专利公开的云台装置中存在两方面不利因素第一，在进行光楔胶合装配时 不便于机械定位且相邻光楔的相邻面平行度难以保证；第二，装置中光楔所用的材料价 格高，加工难度大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对在重量和空间尺寸有严格限制，特别是宽度 方向的尺寸较小的情况下，提供一种实现瞄准线大范围扫描观察的机载红外搜索导航装置。为解决上述技术问题，本专利技术提供的瞄准线扫描观察装置包括机上操控单元， 消色楔镜组件、含有成像镜组和中波红外探测器及信号处理电路的热像仪、执行机构组 件、伺服驱动电路、显示器和计算机；所述机上操控单元带有拨轮、按键及处理电路， 其功能是将操作人员的手动指令转换成瞄准线的角度指令并送入所述计算机中；所述执行机构组件包含结构组成完全相同的第一、第二执行机构，第一、第二 执行机构均含有电机、齿轮减速器、小齿轮和大齿盘，齿轮减速器的输入端与电机的转 轴固连，输出端与小齿轮固连；所述消色楔镜组件包含基座、结构组成相同的第一、第二楔镜组、两个遮光片 和两个光电指针，基座为前后端带有突起圆柱的方形结构体，沿突起圆柱设有两端相通 的通孔且通孔中设有与基座方顶相通的豁槽，第一或第二楔镜组包含第一或第二镜筒、 第一楔镜、第二楔镜和三个隔圈，第一楔镜和第二楔镜通过三个隔圈固定在第一或第二 镜筒中，第一楔镜的第二镜面和第二楔镜的第一镜面平行且均垂直于光轴，第一楔镜的 第一镜面和第二楔镜的第二镜面均倾斜于光轴，光轴和第一或第二楔镜组的转动轴平 行；第一、第二镜筒的后端面分别与第一、第二执行机构中的大齿盘固连，第一楔镜 组、第二楔镜组分别通过轴承安装在基座的通孔中，其中，第二楔镜组与所述成像镜组 相邻，第一执行机构中的大齿盘位于豁槽中并与第一执行机构中的小齿轮啮合，第二执 行机构中的大齿盘则位于通孔的外侧并与第二执行机构中的小齿轮啮合，所述两个遮光 片分别粘贴在两个大齿盘上，两个光电指针均固连在基座上，当遮光片随大齿盘运行进 入对应光电指针的光线区并遮挡光线时，第一楔镜组的最厚边和第二楔镜组的最薄边均 处于同一个水平面，且光电指针向伺服驱动电路输出低电平信号；所述伺服驱动电路带 有第一伺服放大器和第二伺服放大器，第一、第二伺服放大器根据计算机的初始化驱动 指令和旋转角度指令以闭环伺服控制方式对应驱动第一、第二电机按指定的速度和加速 度转动，在接到对应光电指针送的低电平信号后控制电机停止转动；所述计算机的功能 是，一旦上电，向所述伺服驱动电路送初始化驱动指令；根据机上操控单元送来的瞄准 线角度指令，分别计算出第一楔镜组、第二楔镜组绕各自转动轴的旋转角度，并将旋转 角度指令发送给伺服驱动电路；空间景物的红外光线经过消色楔镜组件偏转后，由所述成像镜组成像到所述中波红外探测器的靶面上并转换成电信号，电信号经所述信号处理电路处理成视频信号并 在所述显示器上显示。在本专利技术中，所述第一、第二楔镜组的楔角均为6.8°在本专利技术中，所述第一、第二楔镜组中的第一楔镜的材料选用硅，第二楔镜的 材料选用锗。在本专利技术中，所述第一楔镜的楔角为10.3°，直径为45mm，中心厚度为6mm， 最薄端厚度为1.91mm，最厚端厚度为10.09mm ；所述第二楔镜的楔角为3.5°，直径为 45mm，中心厚度为3mm，最薄端厚度为1.62mm，最厚端厚度为4.38mm。本专利技术的有益效果体现在以下几个方面。(一)利用光楔对光线的偏转作用，合理设计光楔的楔角和材料组成达到控制瞄 准线偏转的目的，设计的系统结构紧凑，体积尺寸小。宽度和高度方向尺寸和光楔直径 大小有关，光楔直径大小由通光口径决定，因此这两个方向上的尺寸可以很小。(二)将两个楔镜组作为扫描的控制负载，因此转动惯量小，易于控制；此外， 楔镜组转动平面和光轴方向垂直，因而扫描观察装的瞄准线及成像质量对外界振动不敏 感，不易受到不良影响。(三)两个楔镜组的转动相互独立，两者不存在轴系间耦合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用双光楔实现的机载红外扫描观察装置，包括机上操控单元［１０］，含有成像镜组、中波红外探测器和信号处理电路的热像仪［５］、显示器［９］和计算机［７］，所述机上操控单元［１０］带有拨轮、按键及处理电路，其功能是将操作人员的手动指令转换成瞄准线的角度指令并送入所述计算机［７］中；其特征在于：还包括执行机构组件［８］、消色楔镜组件［４］，伺服驱动电路［６］；所述执行机构组件［８］包含结构组成完全相同的第一、第二执行机构，第一、第二执行机构均含有电机［１２］、齿轮减速器［１３］、小齿轮［１６］和大齿盘［１７］，齿轮减速器［１３］的输入端与电机［１２］的转轴固连，输出端与小齿轮［１６］固连；所述消色楔镜组件［４］包含基座［２６］、结构组成相同的第一、第二楔镜组［１４］、［１５］、两个遮光片［２５］和两个光电指针［２７］，基座［２６］为前后端带有突起圆柱的方形结构体，沿突起圆柱设有两端相通的通孔［２６－１］且通孔［２６－１］中设有与基座方顶相通的豁槽［２６－２］，第一或第二楔镜组［１４、１５］包含第一或第二镜筒［２１］、第一楔镜［２９］、第二楔镜［３０］和三个隔圈［２３、２４、２８］，第一楔镜［２９］和第二楔镜［３０］通过三个隔圈［２３、２４、２８］固定在第一或第二镜筒［２１］中，第一楔镜［２９］的第二镜面［３５］和第二楔镜［３０］的第一镜面［３３］平行且均垂直于光轴［３２］，第一楔镜［２９］的第一镜面［３４］和第二楔镜［３０］的第二镜面［３１］均倾斜于光轴［３２］，光轴［３２］和第一或第二楔镜组［１４］、［１５］的转动轴平行；第一、第二镜筒［２１］的后端面分别与第一、第二执行机构中的大齿盘［１７］固连，第一楔镜组［１４］、第二楔镜组［１５］分别通过轴承［１８］安装在基座［２６］的通孔［２６－１］中，其中，第二楔镜组［１５］与所述成像镜组相邻，第一执行机构中的大齿盘［１７］位于豁槽［２６－２］中并与第一执行机构中的小齿轮［１６］啮合，第二执行机构中的大齿盘［１７］则位于通孔［２６－１］的外侧并与第二执行机构中的小齿轮［１６］啮合，所述两个遮光片［２５］分别粘贴在两个大齿盘［１７］上，两个光电指针［２７］均固连在基座［２６］上，当遮光片［２５］随大齿盘［１７］运行进入对应光电指针［２７］的光线区并遮挡光线时，第一楔镜组［１４］的最厚边和第二楔镜组［１５］的最薄边均处于同一个水平面，且光电指针［２７］向伺服驱动电路［６］输出低电平信号；所述伺服驱动电路［６］带有第一伺服放大器和第二伺服放大器，第一、第二伺服放大器根据计算机［７］的初始化驱动指令和旋转角度指令以闭环伺服控制方式对应驱动第一、第二电机［１２］按指定的速度和加速度转动，在接到对应光电指针［２７］送的低电平信号后控制电机［１２］停止转动；所述计算机［７］的功能是，一旦上电，向所述伺服驱动电路［６］送初始化驱动指令；根据机上操控单元［１０］送来的瞄准线角度指令，分别计算出第一楔镜组［１４］、第二楔镜组［１５］绕各自转动轴的旋转角度，并将旋转角度指令发送给伺服驱动电路［６］；空间景物的红外光线经过消色楔镜组件［４］偏转后，由所述成像镜组成像到所述中波红外探测器的靶面上并转换成电信号，电信号经所述信号处理电路处理成视频信号并在所述显示器［９］上显示。...
【技术特征摘要】
1.一种采用双光楔实现的机载红外扫描观察装置，包括机上操控单元[10]，含有成像 镜组、中波红外探测器和信号处理电路的热像仪[5]、显示器[9]和计算机[7]，所述机上 操控单元[10]带有拨轮、按键及处理电路，其功能是将操作人员的手动指令转换成瞄准 线的角度指令并送入所述计算机[7]中；其特征在于还包括执行机构组件[8]、消色楔 镜组件[4]，伺服驱动电路[6];所述执行机构组件[8]包含结构组成完全相同的第一、第二执行机构，第一、第二执 行机构均含有电机[12]、齿轮减速器[13]、小齿轮[16]和大齿盘[17]，齿轮减速器[13]的 输入端与电机[12]的转轴固连，输出端与小齿轮[16]固连；所述消色楔镜组件[4]包含基座[26]、结构组成相同的第一、第二楔镜组[14]、[15]、 两个遮光片[25]和两个光电指针[27]，基座[26]为前后端带有突起圆柱的方形结构体，沿 突起圆柱设有两端相通的通孔[26-1]且通孔[26-1]中设有与基座方顶相通的豁槽[26-2]， 第一或第二楔镜组[14、15]包含第一或第二镜筒[21]、第一楔镜[29]、第二楔镜[30]和三 个隔圈[23、24、28],第一楔镜[29]和第二楔镜[30]通过三个隔圈[23、24、28]固定在第 一或第二镜筒[21]中，第一楔镜[29]的第二镜面[35]和第二楔镜[30]的第一镜面[33]平 行且均垂直于光轴[32]，第一楔镜[29]的第一镜面[34]和第二楔镜[30]的第二镜面[31]均 倾斜于光轴[32]，光轴[32]和第一或第二楔镜组[14]、[15]的转动轴平行；第一、第二镜 筒[21]的后端面分别与第一、第二执行机构中的大齿盘[17]固连，第一楔镜组[14]、第二 楔镜组[15]分别通过轴承[18]安装在基座[26]的通孔[26-1]中，其中，第二楔镜组[15] 与所述成像镜组相邻，第一执行机构中的大齿盘[17]位于豁槽[26-2]中并与第一执行机 构中的小齿轮[16]啮合，第二执行机构中的大齿盘[17...
【专利技术属性】
技术研发人员：贠平平，陶忠，栾亚东，赫海凤，徐红伟，张宣智，
申请(专利权)人：中国兵器工业第二〇五研究所，
类型：发明
国别省市：87
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