一種制冷型三視場紅外熱像儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種制冷型三視場紅外熱像儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為擔(dān)負(fù)監(jiān)視和偵察任務(wù)的有人機的最好的替代品，無人機在一些國家正吸引大 量投資。作為無人機有效載荷的紅外傳感器，其市場需求將隨無人機呈正比例增長。目前， 制冷型熱像儀產(chǎn)品體積大，由于中小型無人機受到起飛重量、體積、空間的限制，其配備的 紅外傳感器多為非制冷紅外熱像儀，其探測性能、成像效果受到器件限制。
[0003] 隨著無人機在多個領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，對重量輕、體積小、探測距離遠、分辨率高、 三視場的制冷型熱像儀的需求也越來越迫切，其中小視場用于目標(biāo)的識別，中視場用于目 標(biāo)的探測，大視場用于搜索、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、并具備輔助導(dǎo)航、起降功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種制冷型三視場紅外熱像儀，用以解決現(xiàn)有的紅外熱像儀 探測性能不佳的問題。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種制冷型三視場紅外熱像儀，包括紅外光 學(xué)系統(tǒng)和探測器成像組件；
[0006] 所述紅外光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)為4,該光學(xué)系統(tǒng)的窄視場焦距為137mm、中視場焦距為 55mm、寬視場焦距為23mm;該光學(xué)系統(tǒng)包括同光軸依次設(shè)置的物鏡、變倍鏡、補償鏡、后固定 鏡組和會聚鏡組，通過軸向移動變倍鏡和補償鏡實現(xiàn)視場切換和調(diào)焦。
[0007] 所述紅外探測器采用640X480小型化制冷型探測器;所述紅外光學(xué)系統(tǒng)具有4° X 3°、10° Χ7·5°、24° X18°三個視場。
[0008] 所述后固定鏡組包括依次設(shè)置的第一固定鏡、第二固定鏡、第三固定鏡和第四固 定鏡，所述會聚鏡組包括依次設(shè)置的第一會聚鏡和第二會聚鏡;所述紅外光學(xué)系統(tǒng)還包括 反射鏡組，該反射鏡組包括沿光路依次設(shè)置的第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡，所述 第四固定鏡出射的光線依次經(jīng)第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡的反射后射入到所述 第一會聚鏡中。
[0009] 所述光學(xué)系統(tǒng)還包括一個設(shè)置在第一反射鏡和第二反射鏡之間、用于通過光信號 的視場光闌。
[0010] 該系光學(xué)系統(tǒng)在窄視場時:物鏡和變倍鏡間隔為40.6mm、變倍鏡和補償鏡間隔為 8mm、補償鏡和后固定鏡組間隔為8mm;在中視場時:物鏡和變倍鏡間隔為21.6mm、變倍鏡和 補償鏡間隔為20.5_、補償鏡和后固定鏡組間隔為14.5_;在寬視場時:物鏡和變倍鏡間隔 為9.2_、變倍鏡和補償鏡間隔為39.4_、補償鏡和后固定鏡組間隔為8mm;
[0011] 該光學(xué)系統(tǒng)在三個視場中：第一固定鏡和第二固定鏡間隔為1_、第二固定鏡和第 三固定鏡間隔為40.5mm、第三固定鏡和第四固定鏡間隔為2mm、第四固定鏡和第一反射鏡間 隔為23mm、第一反射鏡和視場光闌間隔為39.37_、視場光闌和第二反射鏡間隔為12.63_、 第二反射鏡和第三反射鏡間隔為19mm、第三反射鏡和第一會聚鏡間隔為8.5mm、第一會聚鏡 和第二會聚鏡間隔為1_。
[0012] 所述物鏡的靠近像方的表面、所述變倍鏡的靠近物方的表面、所述補償鏡的靠近 像方的表面、所述第三固定鏡的靠近物方的表面、所述第四固定鏡的靠近物方的表面和所 述第二會聚鏡的靠近物方的表面為非球面，所述第三固定鏡的靠近物方的表面為衍射面。
[0013] 所述探測器成像組件包括依次串接的紅外探測器、探測器接口模塊和信號處理及 成像模塊，所述紅外探測器用于接收所述紅外光學(xué)系統(tǒng)輸出的紅外圖像信息，所述探測器 接口模塊用于連接所述紅外探測器和信號處理及成像模塊，所述信號處理及成像模塊用于 處理紅外探測器采集到的所述紅外圖像信息。
[0014] 所述熱像儀還包括控制組件，所述控制組件包括變倍調(diào)焦控制板和電機，所述變 倍調(diào)焦控制板控制連接電機，電機用于控制變倍鏡和補償鏡沿軸向移動，所述信號處理及 成像模塊與所述變倍調(diào)焦控制板通信連接。
[0015] 所述信號處理及成像模塊包括依次串接的模數(shù)轉(zhuǎn)換及排序單元、圖像預(yù)處理單元 和視頻成像單元，模數(shù)轉(zhuǎn)換及排序單元的輸入端用于接收所述紅外探測器采集到的所述紅 外圖像信息。
[0016] 所述變倍鏡和補償鏡設(shè)置在一個光機結(jié)構(gòu)上，該光機結(jié)構(gòu)采用絲杠-光桿傳動的 變倍籠式結(jié)構(gòu)，所述光機結(jié)構(gòu)包括所述電機，通過電機以實現(xiàn)視場切換和調(diào)焦。
[0017] 該熱像儀采用的紅外光學(xué)系統(tǒng)通過軸向移動變倍鏡和補償鏡的位置，實現(xiàn)視場切 換、變倍和調(diào)焦的功能，并且，后續(xù)的圖像處理部分能夠?qū)Σ杉降募t外圖像進行有效處 理，防止出現(xiàn)成像不清晰的情況，所以，該熱像儀可適用于復(fù)雜環(huán)境，不管在何種復(fù)雜環(huán)境 下均能夠有效提高圖像對比度和細節(jié)分辨能力，明顯提高圖像觀察效果，實現(xiàn)光學(xué)同軸度、 角偏、光軸一致性等高精度及高低溫環(huán)境和振動環(huán)境高可靠性。另外，該熱像儀整體結(jié)構(gòu)較 為簡單，涉及到的組成器件不復(fù)雜，實現(xiàn)了輕重量、小體積的目標(biāo)，所以該熱像儀能夠滿足 無人機對重量輕、體積小、探測距離遠、分辨率高、三視場的制冷型熱像儀的需求。
【附圖說明】
[0018] 圖1是該紅外熱像儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2是窄視場紅外光學(xué)系統(tǒng)在X-Z平面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3是窄視場紅外光學(xué)系統(tǒng)在Z-Y平面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖4是中視場紅外光學(xué)系統(tǒng)在X-Z平面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖5是中視場紅外光學(xué)系統(tǒng)在Z-Y平面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖6是寬視場紅外光學(xué)系統(tǒng)在X-Z平面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖7是寬視場紅外光學(xué)系統(tǒng)在Z-Y平面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖8是紅外光學(xué)系統(tǒng)和變倍機構(gòu)的裝配爆炸圖；
[0026]圖9-1至圖9-3是紅外光學(xué)系統(tǒng)和變倍機構(gòu)的裝配三視圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0028]本發(fā)明提供的制冷型三視場紅外熱像儀具體是一種可匹配Φ220吊艙，具有寬溫 測溫功能、三視場輕量化高分辨率制冷型紅外熱像儀。該熱像儀具有手動、自動增益及偏置 調(diào)節(jié)、自動調(diào)焦、調(diào)焦記憶和實時數(shù)字圖像增強等功能，其是一種可滿足對紅外輻射遠距 離、非接觸、快速準(zhǔn)確成像和測溫應(yīng)用的制冷型輕小型三視場紅外熱像儀。
[0029]具體來說，如圖1所示，該制冷型三視場紅外熱像儀包括紅外光學(xué)系統(tǒng)I和探測器 成像組件，探測器成像組件包括依次串接的紅外探測器π、探測器接口模塊m和信號處理 及成像模塊IV，紅外探測器π用于接收紅外光學(xué)系統(tǒng)I輸出的紅外圖像信息，并且接受到的 圖像信息由信號處理及成像模塊IV進行處理。
[0030]該紅外光學(xué)系統(tǒng)I包括同光軸依次設(shè)置的物鏡、變倍鏡、補償鏡、后固定鏡組和會 聚鏡組，該光學(xué)系統(tǒng)的窄視場焦距為137mm、中視場焦距為55mm、寬視場焦距為23mm;通過軸 向移動變倍鏡和補償鏡實現(xiàn)視場切換和調(diào)焦。為滿足接收盡可能多的目標(biāo)輻射，提高系統(tǒng) 信噪比，光學(xué)系統(tǒng)I必須在滿足體積要求下具備較大相對孔徑。根據(jù)探測器性能參數(shù)和系統(tǒng) 指標(biāo)，確定光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)為4。為了有效的減輕系統(tǒng)體積，并保證成像質(zhì)量，光學(xué)系統(tǒng)采用 軸向變倍的方式，實現(xiàn)三視場的切換，并采用三面反射鏡折疊光路，縮小空間體積，部分鏡 頭采用非球面和衍射面設(shè)計，以保證高性能的成像質(zhì)量，另外，通過補償鏡移動進行調(diào)焦， 補償在-40°C~+60°C的環(huán)境溫度下，像面飄移造成的系統(tǒng)像質(zhì)下降的影響，使像面重新聚 焦到到探測器焦平面上。所以，通過調(diào)節(jié)變倍鏡和補償鏡，以及采用折衍混合、二次成像、三 次空間反射等技術(shù)方法和軸向變倍、補償調(diào)焦一體化方式，壓縮了光學(xué)尺寸，實現(xiàn)4° X3°、 10° X7.5°、24° X 18°三個視場。