一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)及其成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，包括與水平方向成45°夾角的分束器，分束器前方沿光軸方向設(shè)置有用于改變視場方向的雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)，分束器后方沿光軸方向設(shè)置有后組成像系統(tǒng)，分束器上方設(shè)置有無焦系統(tǒng)，所述的無焦系統(tǒng)包括大凹面反射鏡、全反射平面鏡、凸面反射鏡和小凹面反射鏡，所述的雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)包括與分束器平行的兩個鏡片；還公開了該系統(tǒng)實現(xiàn)中波紅外和長波紅外同時成像的方法；本發(fā)明系統(tǒng)前端采用掃描反射鏡系統(tǒng)則可以實現(xiàn)寬視場的視場方向的實時調(diào)整，后端采用雙波段紅外探測器焦平面陣列則可以同時采集兩個波段的圖像并將其同時顯示出來，可以讓用戶在不改變光學(xué)結(jié)構(gòu)的情況下同時觀察窄視場圖像和寬視場圖像。
【專利說明】
一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)及其成像方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于紅外光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)及其成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中波紅外圖像和長波紅外圖像都具有各自的特點和優(yōu)勢，不同情況下，不同的波段圖像具有不同的優(yōu)勢，將中波紅外成像和長波紅外成像結(jié)合起來可以集中各自的優(yōu)勢，獲得更加廣泛的應(yīng)用。在這種情況下，多視場可以為用戶提供更多的優(yōu)勢。窄視場圖像可以提供長距離識別的能力，而寬視場圖像可以提供搜索和定位的能力。這時就帶來了一個問題，長距離識別和位置識別這兩個任務(wù)需要通過改變視場來獨立完成。原因是，要從超窄視場圖像中獲取目標(biāo)周圍的信息是非常困難的，而寬視場圖像又幾乎不能提供識別能力。因此，用戶通常在這些視場之間來回切換從而可以保證系統(tǒng)持續(xù)具有各種識別能力。
[0003]雙波段紅外焦平面陣列的雙波段成像性質(zhì)可以使通過光學(xué)的手段來利用雙波段信息成為可能，這種方法超越了普通單波段探測器所采用的方法。雙波段焦平面陣列的同步和分離的性質(zhì)可以使前面所提到的那些任務(wù)同步完成而不會存在采用單波段相機才出現(xiàn)的退化現(xiàn)象。因此有必要針對這種雙波段焦平面陣列設(shè)計一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，利用這種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)可以解決用戶在寬視場和窄視場之間、長波和短波之間來回不斷切換的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，結(jié)合中波/長波雙波段紅外探測器焦平面陣列可以實現(xiàn)中波紅外和長波紅外同時成像的畫中畫成像系統(tǒng)，同時，在長波紅外光學(xué)系統(tǒng)前端采用了掃描反射鏡可以實現(xiàn)長波紅外光學(xué)系統(tǒng)視場方向的實時調(diào)整。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，包括與水平方向成45°夾角的分束器，所述的分束器前方沿光軸方向設(shè)置有用于改變視場方向的雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)，所述的分束器后方沿光軸方向設(shè)置有后組成像系統(tǒng)，所述的分束器上方設(shè)置有無焦系統(tǒng)，所述的無焦系統(tǒng)包括大凹面反射鏡、全反射平面鏡、凸面反射鏡和小凹面反射鏡，所述的雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)包括與分束器平行的兩個鏡片。
[0006]所述的一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，其雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)的兩個鏡片上下排列。
[0007]所述的一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，其分束器為表面設(shè)置有涂層的平面透Ho
[0008]本發(fā)明的目的之二在于提供一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)中波紅外和長波紅外同時成像的方法。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)的成像方法，包括以下步驟: a)、無窮遠處的紅外輻射經(jīng)過無焦系統(tǒng)后被傳輸?shù)椒质魃?，分束器反射中波紅線并透射長波紅外線，中波紅外線入射到后組成像系統(tǒng)后聚焦到雙波段紅外探測器的焦平面上進行成像；
b)、無窮遠處的紅外輻射經(jīng)過雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)后被傳輸?shù)椒质魃希瓷渲胁t線并透射長波紅外線，長波紅外線入射到后組成像系統(tǒng)后聚焦到雙波段紅外探測器的焦平面上進行成像；
c)、雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)通過兩個鏡片在視場中進行水平方向和垂直方向的瞄準(zhǔn)，改變視場方向并實現(xiàn)大觀察視場。
[0010]所述的一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，控制中波紅外獨立對準(zhǔn)時，中波紅外對著一個視場的中心點的時候，長波紅外轉(zhuǎn)移到其它感興趣的目標(biāo)上去；中波紅外窄視場移動其視場中心點的時候，長波紅外寬視場維持其視場中心不變。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明采用畫中畫光學(xué)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)雙視場成像模式，避免不同視場來回切換。
[0012]2、本發(fā)明采用雙波段光學(xué)結(jié)構(gòu)，可以同時采集窄視場下的中波紅外圖像和寬視場下的長波紅外圖像，進而可以同時利用長波紅外的遠距離搜索能力和中波紅外的近距離位置識別能力。
[0013]3、本雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，有利于實現(xiàn)小型化雙波段雙視場紅外熱像儀。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的原理示意圖；
圖2是本發(fā)明的分束器的在長波紅外和中波紅外的反射率和透過率。
[0015]各附圖標(biāo)記為:I一分束器，2—無焦系統(tǒng)，21—大凹面反射鏡，22—全反射平面鏡，23—凸面反射鏡，24—小凹面反射鏡，3—雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)，4 一后組成像系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。
[0017]參照圖1所示，作為基本的實施例，本發(fā)明公開了一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，包括與水平方向成45°夾角的分束器I，所述的分束器I前方沿光軸方向設(shè)置有用于改變視場方向、實現(xiàn)大觀察視場的雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)3，所述的分束器I后方沿光軸方向設(shè)置有后組成像系統(tǒng)4，后組成像系統(tǒng)4用于將接收到中波紅外和長波紅外聚焦到紅外探測器焦平面陣列上，所述的分束器I上方設(shè)置有無焦系統(tǒng)2，無焦系統(tǒng)2用于將無窮遠的中波紅外傳輸?shù)椒质鱅的反射面上，所述的無焦系統(tǒng)2包括大凹面反射鏡21、全反射平面鏡22、凸面反射鏡23和小凹面反射鏡24，所述的雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)3包括兩個與分束器I平行的鏡片，雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)3用于改變視場方向，實現(xiàn)大觀察視場，兩個鏡片可以實現(xiàn)在視場中進行水平方向和垂直方向的瞄準(zhǔn)，觀測場的界限是由鏡子的尺寸和位移以及窗口的外型尺寸來決定的。
[0018]本發(fā)明采用可以將中波紅外和長波紅外分離開來的分束器I和分離的光學(xué)窗口實現(xiàn)兩個不同視場的圖像，中波紅外波段通過無焦系統(tǒng)2經(jīng)過分束器I由雙波段成像儀成像，長波紅外經(jīng)過分束器I后雙波段成像儀成像，如果后端采用了雙波段紅外探測器焦平面陣列則可以同時采集兩個波段的圖像并將其同時顯示出來，這可以讓用戶在不改變光學(xué)結(jié)構(gòu)的情況下同時觀察窄視場圖像和寬視場圖像。同時，本發(fā)明系統(tǒng)中的寬視場光學(xué)系統(tǒng)前端采用掃描反射鏡系統(tǒng)，則可以實現(xiàn)寬視場的視場方向的實時調(diào)整。
[0019]進一步，所述雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)3的兩個鏡片上下排列。
[0020]更進一步，所述的分束器I為表面設(shè)置有涂層的平面透鏡，分束器I是通過在平面透鏡表面渡上特殊的涂層，使得它可以透過長波紅外并反射中波紅外，分束器在中波紅外和長波紅外的透過率參數(shù)如圖2所示。這樣可以實現(xiàn)在長波紅外光路中不會存在中波紅外，而中波紅外光路中則對長波紅外有非常小的排斥度。
[0021]—種如權(quán)利要求1所述的雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)的成像方法，包括以下步驟: a)、無窮遠處的紅外輻射經(jīng)過無焦系統(tǒng)2后被傳輸?shù)椒质鱅上，分束器I反射中波紅線并透射長波紅外線，中波紅外線入射到后組成像系統(tǒng)4后聚焦到雙波段紅外探測器的焦平面上進行成像。
[0022]b)、無窮遠處的紅外輻射經(jīng)過雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)3后被傳輸?shù)椒质鱅上，反射中波紅線并透射長波紅外線，長波紅外線入射到后組成像系統(tǒng)4后聚焦到雙波段紅外探測器的焦平面上進行成像。
[0023]C)、雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)3通過兩個鏡片在視場中進行水平方向和垂直方向的瞄準(zhǔn)，改變視場方向并實現(xiàn)大觀察視場。
[0024]控制中波紅外獨立對準(zhǔn)時，中波紅外對著一個視場的中心點的時候，長波紅外轉(zhuǎn)移到其它感興趣的目標(biāo)上去，中波紅外窄視場移動其視場中心點的時候，長波紅外寬視場維持其視場中心不變。
[0025]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，以及部分運用的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:包括與水平方向成45°夾角的分束器(1)，所述的分束器(I)前方沿光軸方向設(shè)置有用于改變視場方向的雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)(3)，所述的分束器(I)后方沿光軸方向設(shè)置有后組成像系統(tǒng)(4)，所述的分束器(I)上方設(shè)置有無焦系統(tǒng)(2)，所述的無焦系統(tǒng)(2)包括大凹面反射鏡(21)、全反射平面鏡(22)、凸面反射鏡(23)和小凹面反射鏡(24)，所述的雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)(3)包括與分束器(I)平行的兩個鏡片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)(3)的兩個鏡片上下排列。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的分束器(I)為表面設(shè)置有涂層的平面透鏡。4.一種如權(quán)利要求1所述的雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)的成像方法，其特征在于，包括以下步驟: a)、無窮遠處的紅外輻射經(jīng)過無焦系統(tǒng)(2)后被傳輸?shù)椒质?I)上，分束器(I)反射中波紅線并透射長波紅外線，中波紅外線入射到后組成像系統(tǒng)(4)后聚焦到雙波段紅外探測器的焦平面上進行成像； b)、無窮遠處的紅外輻射經(jīng)過雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)(3)后被傳輸?shù)椒质?I)上，反射中波紅線并透射長波紅外線，長波紅外線入射到后組成像系統(tǒng)(4)后聚焦到雙波段紅外探測器的焦平面上進行成像； c)、雙鏡轉(zhuǎn)轍機構(gòu)(3)通過兩個鏡片在視場中進行水平方向和垂直方向的瞄準(zhǔn)，改變視場方向并實現(xiàn)大觀察視場。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)的成像方法，其特征在于，控制中波紅外獨立對準(zhǔn)時，中波紅外對著一個視場的中心點的時候，長波紅外轉(zhuǎn)移到其它感興趣的目標(biāo)上去。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙波段雙視場紅外光學(xué)系統(tǒng)的成像方法，其特征在于，中波紅外窄視場移動其視場中心點的時候，長波紅外寬視場維持其視場中心不變。
【文檔編號】G01J5/08GK106092331SQ201610477281
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】王晨晟, 張智杰, 郭良賢, 趙坤, 葉小風(fēng), 余徽
【申請人】湖北久之洋紅外系統(tǒng)股份有限公司