一种多滤光片快速切换机构的光电探测装置的制作方法

本发明涉及一种多滤光片快速切换机构的光电探测装置，属于导引头目标探测应用领域。

背景技术：

随着红外诱饵技术的不断发展，对传统的小目标识别提出了新的挑战。通过对飞行目标和红外诱饵光谱特征的分析，利用红外多谱段图像对天空背景中具有伴飞诱饵干扰的小目标进行识别。为满足复杂环境下光学探测器多谱段成像的要求，常在光电探测系统中加入滤光片切换机构。

滤光片切换机构多采用透射式滤光轮形式，在透射式滤光轮机构中光线透过滤光片在探测器焦平面上进行成像，通常在圆盘形的滤光轮基座周边均匀安装透射式滤光片，圆盘形滤光轮基座中部安装驱动机构，机构驱动滤光轮绕滤光轮基座轴线转动以实现各滤光片间的切换。透射式滤光轮机构缺点是结构尺寸大，在光机结构中易与其它结构发生干涉；结构强度低，刚度差，导弹发射段产生的冲击和振动易使滤光片在光路中倾斜、抖动。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多滤光片快速切换机构的光电探测装置。该装置结构紧凑、滤光片切换可靠、定位精度高、自锁性能好等优点，在现有的光电探测装置中再增加多个工作模式，可扩大产品的适用范围，在复杂背景下提高光电探测能力。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种双滤光片快速切换机构的光电探测装置，包括：镜头、框架以及探测器；

镜头固定至框架上，接收来自目标的红外辐射并汇聚到探测器的焦平面；包括双滤光片球形组件，双滤光片球形组件包括谱段不同的第一滤光片、第二滤光片以及球形骨架；第一滤光片和第二滤光片固定在球形骨架内，滤光片法线夹角为α；球形骨架能够相对于框架在α之间摆动，使得第一滤光片和第二滤光片交替对滤光；

探测器固定在框架内，将目标的红外辐射转换成电信号。

提供一种三滤光片快速切换机构的光电探测装置，包括：镜头、框架以及探测器；

镜头固定至框架上，接收来自目标的红外辐射并汇聚到探测器的焦平面；包括谱段不同的第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片以及球形骨架；

球形骨架为外边缘呈2α的局部球腔，在扇形区域的垂直面内过球中心为球形骨架的回转轴，扇形区域内平行于回转轴开三个呈圆孔，圆孔边缘有定位端面，第一圆孔与第二圆孔法线之间的夹角为α，第二圆孔与第三圆孔法线之间的夹角也为α；第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片分别固定在第一、第二、第三圆孔的定位端面；

球形骨架能够相对于框架在2α之间摆动，使得第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片交替对红外辐射滤光；

探测器固定在框架内，将目标的红外辐射转换成电信号。

提供一种多滤光片快速切换机构的光电探测装置，包括：镜头、框架以及探测器；

镜头固定至框架上，接收来自目标的红外辐射并汇聚到探测器的焦平面；包括谱段不同的n个滤光片以及球形骨架；

球形骨架为外边缘呈π-(n-1)α的局部球腔，在扇形区域的垂直面内过球中心为球形骨架的回转轴，扇形区域内平行于回转轴开n个呈圆孔，圆孔边缘有定位端面，任意两个圆孔的法线夹角为α，各滤光片分别固定圆孔的定位端面；；

球形骨架能够相对于框架在(n-1)α之间摆动，使得n个滤光片交替对红外辐射滤光；

探测器固定在框架内，将目标的红外辐射转换成电信号。

优选的，镜头还包括多个透镜以及镜筒，多个透镜依次沿镜筒的轴向固定在镜筒的内部；球形骨架的两侧通过阶梯轴承固定至镜筒；镜筒底端固定至框架上端面。

优选的，球形骨架为半径r、外边缘呈π-(n-1)α的局部球腔，在扇形区域的垂直面内过球中心为球形骨架的回转轴，在扇形区域内平行于回转轴开两个法线呈α的圆孔，圆孔边缘有定位端面。

优选的，所述滤光片分别固定在球形骨架上圆孔的定位端面。

优选的，球形骨架与镜筒下端面配合在摆动至双向最大角度时进行限位。

优选的，有限转角驱动机构，用于驱动球形骨架在(n-1)α之间摆动；有限转角驱动机构包括磁环和绕组，磁环固定在一侧的所述阶梯轴承轴套外径上，绕组套设在磁环外部，磁环在绕组的驱动下带动球形骨架正向或反向摆动。

优选的，不同滤光片的滤波波段不同。

优选的，滤光片球形组件上相邻滤光片法线角度α与滤光片的数量n之间的关系为滤光片最大半径r与球形骨架半径r之间的关系为

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明的结构简单、易于装调，双滤光片切换机构直接内含在镜头和探测器之间，在外形尺寸不变的情况下实现了双光谱切换，可在现有产品上实现替换升级；

(2)本发明的球形双滤光片组件设计精巧，在1/3的球面上实现了60°摆动完成两个或更多滤光片的切换工作；

(3)本发明的有限转角驱动机构采用单对极阶梯式侧边缘继电器的形式，具有结构简单、外形尺寸小、输出力矩大、切换时间短等优点；

(4)本发明采用镜筒中间端面进行机械限位，镜筒一体加工，使得滤光片与两片透镜之间容易实现很高的平行度要求；

(5)本发明的双/多滤光片切换机构采用双轴承固定，同轴度好，结构强度高，动态性能稳定。

附图说明

图1为本发明带双滤光片快速切换机构的光电探测装置示意图；

图2为本发明双滤光片球形组件示意图；

图3为本发明双滤光片球形组件及镜头组合示意图；

图4为本发明四滤光片球形组件示意图；

图5为本发明多滤光片球形组件原理图；

图6为本发明带双滤光片快速切换机构的光电探测装置装配图；其中(a)为沿球形双滤光片组件轴向剖视图，(b)为沿球形双滤光片组件径向剖视图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的带滤光片快速切换机构的光电探测装置作进一步阐述。

如图1，带双滤光片切换机构的光电探测装置，用于导引头对目标的探测，由镜头1、探测器4、框架7组成。镜头1通过螺钉3固定在框架7上端面，探测器4通过螺钉3-2固定在框架7下端面。镜头1会聚来自目标的红外辐射并汇聚到探测器4的焦平面，探测器4将目标的热辐射空间图像转换成电信号。

如图1和图4所示，镜头1由透镜一16、透镜二17、镜筒18、球形双滤光片组件2和有限转角驱动机构5组成。透镜二17、透镜一16依次轴向胶接在镜筒18内径上，端面固定。球形双滤光片组件2两侧通过阶梯轴承11和11-1固定在镜筒18的内径上，置于镜筒18的下端；一侧阶梯轴承11通过轴承锁紧螺钉12紧固在镜筒18外径上，另一侧阶梯轴承11-1通过螺钉3-1压紧轴套13内径端面紧固在镜筒18外径上。有限转角驱动机构5由磁环14和绕组15组成。磁环14胶接在轴套13外径上，绕组15为半圆环或圆环，通过紧固螺钉6固定在镜筒18外径上。磁环14设置在绕组15内部，磁环14在绕组15的驱动下正向或反向旋转。有限转角驱动机构5两个位置切换时间不超过30ms，球形双滤光片组件2在有限转角驱动机构5驱动下呈60°往复摆动，实现滤光片一8和滤光片二10在镜头1和探测器4之间的快速切换功能。

如图2所示，双滤光片球形组件包括光谱不同的滤光片一8、滤光片二10以及球形骨架9。滤光片一8、滤光片二10用环氧树脂分别胶黏在球形骨架9两个互成120°的平面通孔的台阶面上。在有限转角驱动机构5驱动下球形双滤光片组件2呈60°往复摆动，实现滤光片一8和滤光片二10在镜头1和探测器4之间的快速切换。球形骨架9与镜筒18内径上的端面配合限位，使球形双滤光片组件2可锁定在设定位置。让特定谱段的光线透过滤光片成像，而其它谱段的光线则被截止。

在一个实施例中球形骨架9为1/3对称球面，圆心角为120°，转轴沿其直径。结合图2，球形骨架9为外边缘呈120°的局部球腔，在120°扇形区域的垂直面内过球中心为球形骨架的回转轴，在扇形区域内平行于回转轴开两个呈120°的圆孔，圆孔边缘有定位端面。滤光片一8、滤光片二10用环氧树脂胶分别黏接在球形骨架9上的两个圆孔内。

在第二实施例中，球形骨架9为半圆对称球面，圆心角为108°，转轴沿其直径。球形骨架9为外边缘呈108°的局部球腔，在108°扇形区域的垂直面内过球中心为球形骨架的回转轴，在扇形区域内平行于回转轴开三个圆孔，第一圆孔与第二圆孔之间的夹角36°，第二圆孔与第三圆孔之间的夹角也为36°，圆孔边缘有定位端面。滤光片一、二、三分别用环氧树脂胶分别黏接在球形骨架9上的三个圆孔内，当球形骨架9在72°之间摆动时，第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片交替滤光，使得探测器4获得3种不同谱段的辐射。

在第三实施例中，球形骨架9为半圆对称球面，圆心角为4π/7，转轴沿其直径。结合图4，球形骨架9为外边缘呈4π/7的局部球腔，在4π/7扇形区域的垂直面内过球中心为球形骨架的回转轴，在扇形区域内平行于回转轴开四个圆孔，第一圆孔与第二圆孔之间的夹角π/7，第二圆孔与第三圆孔之间的夹角也为π/7，第三圆孔与第四圆孔之间的夹角π/7圆孔边缘有定位端面。滤光片一、二、三、四分别用环氧树脂胶分别黏接在球形骨架9上的四个圆孔内，当球形骨架9在3π/7之间摆动时，第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、第四滤光片交替滤光，使得探测器4获得4种不同谱段的辐射。

参见图5，对于n个滤光片，滤光片球形组件上相邻滤光片法线夹角α与滤光片数量n之间的关系为滤光片最大半径rmax与球形骨架半径r之间的关系为球形骨架为外边缘呈π-(n-1)α的局部球腔，在扇形区域的垂直面内过球中心为球形骨架的回转轴，扇形区域内平行于回转轴开n个圆孔，圆孔边缘有定位端面，任意两个相邻圆孔的法线夹角为α，各滤光片分别固定圆孔的定位端面；球形骨架9能够相对于框架7在(n-1)α之间摆动，使得n个滤光片交替对红外辐射滤光。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。