基于大视场物镜和单个点源探测器的像方扫描光学系统的制作方法

1.本发明涉及光学系统技术领域，具体涉及一种基于大视场物镜和单个点源探测器的像方扫描光学系统。


背景技术：

2.在探测器一定的情况下，凝视型红外搜索跟踪系统若要实现大视场目标搜索则会降低系统分辨率，扫描型红外系统则可在不损失分辨率的情况下实现对大视场内目标的搜索和跟踪。
3.传统的物方扫描光学系统口径大、体积大，其中的主要光学元件扫描反射镜更是因为需要设置在整个物方扫描光学系统的最前端而导致扫描反射镜尺寸大，影响系统扫描速度，降低系统的工作效率。此外，物方扫描光学系统中，扫描反射镜外置会导致系统长时间工作后，扫描反射镜受到环境因素影响而出现反射面有灰、泥、露水等情况，进而影响反射率，降低系统的最远可工作距离。因此，物方扫描光学系统虽结构相对简单，系统设计容易，但物方扫描光学系统的实际工作可靠性却大大降低，进而影响系统的使用寿命和实际应用效果。


技术实现要素：

4.为了解决现有物方扫描光学系统存在的扫描速度慢、工作效率低、实际工作可靠性低、系统使用寿命短的问题，本发明提供一种基于大视场物镜和单个点源探测器的像方扫描光学系统。
5.本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
6.本发明的基于大视场物镜和单个点源探测器的像方扫描光学系统，包括：望远镜前组、扫描反射镜、聚焦成像后组和点源探测器；所述扫描反射镜放置在望远镜前组的出瞳位置；各视场光线依次通过望远镜前组、扫描反射镜、聚焦成像后组汇聚到点源探测器上。
7.进一步的，所述望远镜前组作为物镜，采用开普勒望远镜结构形式，由第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜组成；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和扫描反射镜沿光路依次设置；各视场光线依次通过第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜入射至扫描反射镜；通过扫描反射镜角度的改变，实现高分辨率的目标搜索与跟踪。
8.进一步的，所述扫描反射镜的角度旋转范围为45
°±
15
°
，实现对物方15
°
视场范围的快速扫描，提高扫描效率。
9.进一步的，所述聚焦成像后组由第一聚焦成像镜和第二聚焦成像镜组成；所述扫描反射镜后端通过第一聚焦成像镜和第二聚焦成像镜将望远镜前组大视场出射光线汇聚到点源探测器上，通过点源探测器接收能量。
10.进一步的，在点源探测器前放置滤光片轮，通过放置不同的滤光片，获取目标的多光谱图像，当完成对全空间的一次扫描后，将滤光片切换到另外一个谱段，继续采集下一个
谱段的光谱数据。
11.进一步的，所述第一透镜前表面曲率半径为98.35mm，后表面曲率半径为159.14mm；所述第二透镜前表面曲率半径为127.18mm，后表面曲率半径为84.87mm；所述第三透镜前表面曲率半径为49.98mm，后表面曲率半径为52.68mm；所述第四透镜前表面曲率半径为-24.29mm，后表面曲率半径为-47.91mm；所述第五透镜前表面曲率半径为-284.55mm，后表面曲率半径为-48.52mm；所述第六透镜前表面曲率半径为-947.84mm，后表面曲率半径为-201.96mm；所述第一聚焦成像镜前表面曲率半径为-81.79mm，后表面曲率半径为-249.78mm；所述第二聚焦成像镜前表面曲率半径为-240.95mm，后表面曲率半径为-106.17mm。
12.进一步的，所述第一透镜厚度为15mm；所述第二透镜厚度为9.8mm，所述第三透镜厚度为18mm，所述第四透镜厚度为9.6mm，所述第五透镜厚度为9.4mm，所述第六透镜厚度为4.97mm；所述第一聚焦成像镜厚度为-9.99mm；所述第二聚焦成像镜厚度为-10mm。
13.进一步的，所述第一透镜材料为silicon；所述第二透镜材料为germanium，所述第三透镜材料为silicon，所述第四透镜材料为germanium，所述第五透镜材料为silicon，所述第六透镜材料为silicon；所述第一聚焦成像镜材料为silicon；所述第二聚焦成像镜材料为germanium。
14.进一步的，所述第一透镜与第二透镜之间的中心距离为4.23mm；所述第二透镜与第三透镜之间的中心距离为120mm；所述第三透镜与第四透镜之间的中心距离为21.21mm；所述第四透镜与第五透镜之间的中心距离为1.99mm；所述第五透镜与第六透镜之间的中心距离为25mm。
15.进一步的，该光学系统的光学指标为：
16.(1)焦距：-400m；
17.(2)入瞳口径：60mm；
18.(3)f数：6.67；
19.(4)视场：360
°×
15
°
；
20.(5)成像圆直径《1mm。
21.本发明的有益效果是：
22.本发明的一种基于大视场物镜和单个点源探测器的像方扫描光学系统，采用大视场望远镜作为物镜，在物镜出瞳位置放置像方扫描反射镜，再通过聚焦成像后组将各视场光线汇聚到点源探测器上。相比于物方扫描光学系统，像方扫描光学系统，具有口径小、扫描速度快的优势，且扫瞄反射镜放置于系统光路内部，大大增加了系统的可靠性。
23.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
24.(1)提高了系统的最远可探测距离和系统的工作效率
25.本发明采用大入瞳口径和大视场望远镜作为物镜，物镜采用开普勒望远镜结构形式，系统入射端入瞳直径达到60mm，大大增加了系统的信噪比，从而提升了系统的最远可探测距离；同时物镜入射端最大视场为15
°
，可实现对森林上空区域的大视场成像，而从提升系统的工作效率。
26.(2)提高了系统的扫描效率和稳定性
27.本发明中，将扫描反射镜放置在物镜出瞳位置，采用物镜压缩光束口径，减小扫描
反射镜的尺寸，提高扫描效率，通过扫描反射镜角度的改变，实现高分辨率的目标搜索与跟踪。
28.另外，本发明中，所采用的扫描反射镜尺寸仅为30mm，远远小于常规的森林放火物方扫描系统的扫描反射镜(100mm左右)，扫描反射镜尺寸小，可提高扫描速度，从而提升扫描效率，并且扫描反射镜内置于系统内部，稳定性和环境适应性大大提升。
29.(3)探测器采用点源探测器，成本低，探测灵敏度高
30.本发明中，探测器采用点源探测器，其成本远低于面阵红外探测器，仅需简单的热电致冷，即可达到接近液氮制冷探测器的比探测率，因此系统的探测灵敏度较高。
附图说明
31.图1为本发明的一种基于大视场物镜和单个点源探测器的像方扫描光学系统的光路示意图。
32.图中，1、第一透镜，2、第二透镜，3、第三透镜，4、第四透镜，5、第五透镜，6、第六透镜，7、扫描反射镜，8、第一聚焦成像镜，9、第二聚焦成像镜，10、点源探测器。
具体实施方式
33.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
34.如图1所示，本发明的一种基于大视场物镜和单个点源探测器的像方扫描光学系统，主要由望远镜前组、扫描反射镜7、聚焦成像后组和点源探测器10组成。
35.其中，所说的望远镜前组作为物镜，具体采用开普勒望远镜结构形式，主要由第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6组成。
36.其中，所说的聚焦成像后组主要由第一聚焦成像镜8和第二聚焦成像镜9组成。
37.第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和扫描反射镜7沿着光学系统的光路依次设置，其中，扫描反射镜7放置在望远镜前组的出瞳位置。
38.本发明的一种基于大视场物镜和单个点源探测器的像方扫描光学系统，可放置于球台或者转台上，即可实现水平360
°
、垂直15
°
的扫描。其中，各视场光线依次通过第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6入射至扫描反射镜7；通过扫描反射镜7角度的改变，实现高分辨率的目标搜索与跟踪，扫描反射镜7的角度旋转范围为45
°±
15
°
，可实现对物方15
°
视场范围的快速扫描，提高扫描效率；扫描反射镜7后端通过聚焦成像后组中的第一聚焦成像镜8和第二聚焦成像镜9将望远镜前组大视场出射光线汇聚到点源探测器10上，通过点源探测器10接收能量。同时，还可以在点源探测器10前放置滤光片轮，通过放置不同的滤光片，即可获取目标的多光谱图像，当完成对全空间的一次扫描后，可将滤光片切换到另外一个谱段，继续采集下一个谱段的光谱数据，通过相应的算法，即可实现针对森林燃烧明火、暗火、co2气体等光谱的探测，从而实现对森林火情的快速报警。
39.本发明的一种基于大视场物镜和单个点源探测器的像方扫描光学系统，其光学指标如下所示：
40.(1)焦距：-400m；
41.(2)入瞳口径：60mm；
42.(3)f数：6.67；
43.(4)视场：360
°×
15
°
；
44.(5)成像圆直径《1mm。
45.本发明的一种基于大视场物镜和单个点源探测器的像方扫描光学系统，各镜片参数如下表所示。
[0046][0047][0048]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。