一种双波段双视场红外光学系统及其成像方法
【专利摘要】本发明公开了一种双波段双视场红外光学系统，包括与水平方向成45°夹角的分束器，分束器前方沿光轴方向设置有用于改变视场方向的双镜转辙机构，分束器后方沿光轴方向设置有后组成像系统，分束器上方设置有无焦系统，所述的无焦系统包括大凹面反射镜、全反射平面镜、凸面反射镜和小凹面反射镜，所述的双镜转辙机构包括与分束器平行的两个镜片；还公开了该系统实现中波红外和长波红外同时成像的方法；本发明系统前端采用扫描反射镜系统则可以实现宽视场的视场方向的实时调整，后端采用双波段红外探测器焦平面阵列则可以同时采集两个波段的图像并将其同时显示出来，可以让用户在不改变光学结构的情况下同时观察窄视场图像和宽视场图像。
【专利说明】
一种双波段双视场红外光学系统及其成像方法
技术领域
[0001]本发明属于红外光学成像技术领域，具体涉及一种双波段双视场红外光学系统及其成像方法。
【背景技术】
[0002]中波红外图像和长波红外图像都具有各自的特点和优势，不同情况下，不同的波段图像具有不同的优势，将中波红外成像和长波红外成像结合起来可以集中各自的优势，获得更加广泛的应用。在这种情况下，多视场可以为用户提供更多的优势。窄视场图像可以提供长距离识别的能力，而宽视场图像可以提供搜索和定位的能力。这时就带来了一个问题，长距离识别和位置识别这两个任务需要通过改变视场来独立完成。原因是，要从超窄视场图像中获取目标周围的信息是非常困难的，而宽视场图像又几乎不能提供识别能力。因此，用户通常在这些视场之间来回切换从而可以保证系统持续具有各种识别能力。
[0003]双波段红外焦平面阵列的双波段成像性质可以使通过光学的手段来利用双波段信息成为可能，这种方法超越了普通单波段探测器所采用的方法。双波段焦平面阵列的同步和分离的性质可以使前面所提到的那些任务同步完成而不会存在采用单波段相机才出现的退化现象。因此有必要针对这种双波段焦平面阵列设计一种双波段双视场红外光学系统，利用这种双波段双视场红外光学系统可以解决用户在宽视场和窄视场之间、长波和短波之间来回不断切换的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的之一在于根据现有技术的不足，提供一种双波段双视场红外光学系统，结合中波/长波双波段红外探测器焦平面阵列可以实现中波红外和长波红外同时成像的画中画成像系统，同时，在长波红外光学系统前端采用了扫描反射镜可以实现长波红外光学系统视场方向的实时调整。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种双波段双视场红外光学系统，包括与水平方向成45°夹角的分束器，所述的分束器前方沿光轴方向设置有用于改变视场方向的双镜转辙机构，所述的分束器后方沿光轴方向设置有后组成像系统，所述的分束器上方设置有无焦系统，所述的无焦系统包括大凹面反射镜、全反射平面镜、凸面反射镜和小凹面反射镜，所述的双镜转辙机构包括与分束器平行的两个镜片。
[0006]所述的一种双波段双视场红外光学系统，其双镜转辙机构的两个镜片上下排列。
[0007]所述的一种双波段双视场红外光学系统，其分束器为表面设置有涂层的平面透Ho
[0008]本发明的目的之二在于提供一种双波段双视场红外光学系统实现中波红外和长波红外同时成像的方法。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种双波段双视场红外光学系统的成像方法，包括以下步骤: a)、无穷远处的红外辐射经过无焦系统后被传输到分束器上，分束器反射中波红线并透射长波红外线，中波红外线入射到后组成像系统后聚焦到双波段红外探测器的焦平面上进行成像；
b)、无穷远处的红外辐射经过双镜转辙机构后被传输到分束器上，反射中波红线并透射长波红外线，长波红外线入射到后组成像系统后聚焦到双波段红外探测器的焦平面上进行成像；
c)、双镜转辙机构通过两个镜片在视场中进行水平方向和垂直方向的瞄准，改变视场方向并实现大观察视场。
[0010]所述的一种双波段双视场红外光学系统，控制中波红外独立对准时，中波红外对着一个视场的中心点的时候，长波红外转移到其它感兴趣的目标上去；中波红外窄视场移动其视场中心点的时候，长波红外宽视场维持其视场中心不变。
[0011]本发明的有益效果是:
1、本发明采用画中画光学结构实现双视场成像模式，避免不同视场来回切换。
[0012]2、本发明采用双波段光学结构，可以同时采集窄视场下的中波红外图像和宽视场下的长波红外图像，进而可以同时利用长波红外的远距离搜索能力和中波红外的近距离位置识别能力。
[0013]3、本双波段双视场红外光学系统结构紧凑、可靠性高，有利于实现小型化双波段双视场红外热像仪。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的原理示意图；
图2是本发明的分束器的在长波红外和中波红外的反射率和透过率。
[0015]各附图标记为:I一分束器，2—无焦系统，21—大凹面反射镜，22—全反射平面镜，23—凸面反射镜，24—小凹面反射镜，3—双镜转辙机构，4 一后组成像系统。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0017]参照图1所示，作为基本的实施例，本发明公开了一种双波段双视场红外光学系统，包括与水平方向成45°夹角的分束器I，所述的分束器I前方沿光轴方向设置有用于改变视场方向、实现大观察视场的双镜转辙机构3，所述的分束器I后方沿光轴方向设置有后组成像系统4，后组成像系统4用于将接收到中波红外和长波红外聚焦到红外探测器焦平面阵列上，所述的分束器I上方设置有无焦系统2，无焦系统2用于将无穷远的中波红外传输到分束器I的反射面上，所述的无焦系统2包括大凹面反射镜21、全反射平面镜22、凸面反射镜23和小凹面反射镜24，所述的双镜转辙机构3包括两个与分束器I平行的镜片，双镜转辙机构3用于改变视场方向，实现大观察视场，两个镜片可以实现在视场中进行水平方向和垂直方向的瞄准，观测场的界限是由镜子的尺寸和位移以及窗口的外型尺寸来决定的。
[0018]本发明采用可以将中波红外和长波红外分离开来的分束器I和分离的光学窗口实现两个不同视场的图像，中波红外波段通过无焦系统2经过分束器I由双波段成像仪成像，长波红外经过分束器I后双波段成像仪成像，如果后端采用了双波段红外探测器焦平面阵列则可以同时采集两个波段的图像并将其同时显示出来，这可以让用户在不改变光学结构的情况下同时观察窄视场图像和宽视场图像。同时，本发明系统中的宽视场光学系统前端采用扫描反射镜系统，则可以实现宽视场的视场方向的实时调整。
[0019]进一步，所述双镜转辙机构3的两个镜片上下排列。
[0020]更进一步，所述的分束器I为表面设置有涂层的平面透镜，分束器I是通过在平面透镜表面渡上特殊的涂层，使得它可以透过长波红外并反射中波红外，分束器在中波红外和长波红外的透过率参数如图2所示。这样可以实现在长波红外光路中不会存在中波红外，而中波红外光路中则对长波红外有非常小的排斥度。
[0021]—种如权利要求1所述的双波段双视场红外光学系统的成像方法，包括以下步骤: a)、无穷远处的红外辐射经过无焦系统2后被传输到分束器I上，分束器I反射中波红线并透射长波红外线，中波红外线入射到后组成像系统4后聚焦到双波段红外探测器的焦平面上进行成像。
[0022]b)、无穷远处的红外辐射经过双镜转辙机构3后被传输到分束器I上，反射中波红线并透射长波红外线，长波红外线入射到后组成像系统4后聚焦到双波段红外探测器的焦平面上进行成像。
[0023]C)、双镜转辙机构3通过两个镜片在视场中进行水平方向和垂直方向的瞄准，改变视场方向并实现大观察视场。
[0024]控制中波红外独立对准时，中波红外对着一个视场的中心点的时候，长波红外转移到其它感兴趣的目标上去，中波红外窄视场移动其视场中心点的时候，长波红外宽视场维持其视场中心不变。
[0025]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种双波段双视场红外光学系统，其特征在于:包括与水平方向成45°夹角的分束器(1)，所述的分束器(I)前方沿光轴方向设置有用于改变视场方向的双镜转辙机构(3)，所述的分束器(I)后方沿光轴方向设置有后组成像系统(4)，所述的分束器(I)上方设置有无焦系统(2)，所述的无焦系统(2)包括大凹面反射镜(21)、全反射平面镜(22)、凸面反射镜(23)和小凹面反射镜(24)，所述的双镜转辙机构(3)包括与分束器(I)平行的两个镜片。2.根据权利要求1所述的一种双波段双视场红外光学系统，其特征在于，所述双镜转辙机构(3)的两个镜片上下排列。3.根据权利要求1所述的一种双波段双视场红外光学系统，其特征在于，所述的分束器(I)为表面设置有涂层的平面透镜。4.一种如权利要求1所述的双波段双视场红外光学系统的成像方法，其特征在于，包括以下步骤: a)、无穷远处的红外辐射经过无焦系统(2)后被传输到分束器(I)上，分束器(I)反射中波红线并透射长波红外线，中波红外线入射到后组成像系统(4)后聚焦到双波段红外探测器的焦平面上进行成像； b)、无穷远处的红外辐射经过双镜转辙机构(3)后被传输到分束器(I)上，反射中波红线并透射长波红外线，长波红外线入射到后组成像系统(4)后聚焦到双波段红外探测器的焦平面上进行成像； c)、双镜转辙机构(3)通过两个镜片在视场中进行水平方向和垂直方向的瞄准，改变视场方向并实现大观察视场。5.根据权利要求4所述的一种双波段双视场红外光学系统的成像方法，其特征在于，控制中波红外独立对准时，中波红外对着一个视场的中心点的时候，长波红外转移到其它感兴趣的目标上去。6.根据权利要求4所述的一种双波段双视场红外光学系统的成像方法，其特征在于，中波红外窄视场移动其视场中心点的时候，长波红外宽视场维持其视场中心不变。
【文档编号】G01J5/08GK106092331SQ201610477281
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】王晨晟, 张智杰, 郭良贤, 赵坤, 叶小风, 余徽
【申请人】湖北久之洋红外系统股份有限公司