大视场红外搜索系统的光机结构设计

随着 红 外 成像 技 术 的发 展 ，近 年 来 红外 搜 索 系 分辨率及高灵敏度的红外 目标搜索跟踪系统具有重
统 越来 越 受到 人们 的重 视 。红 外搜 索 与跟 踪系 统 的 要意 义 。
任 务 是 可靠 探 测 、定 位 和 连 续 跟踪 在 背 景 辐射 和 其
ห้องสมุดไป่ตู้
红外 光学 系统 实 现大 视场 观测 主要通 过 扫描成
第 ３９卷第 ３期 ２０１６年 ６月
长春理工大学学报 （自然科学版 ）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （Ｎａｔｕｒａｌ ＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１６
大视场 红外搜 索 系统 的光机结构设计
彭 家浩 ，刘韬 ，邓健
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 ，长春 １３００３３）
摘 要 ：设计 了具有 小型化 、集成化 的兼具大视场和 高分辨 率的红外搜 索系统 。首先阐述 了系统的工作原理 ：采 用扫描 成
像 方法将 ９个凝视 视场 的图像拼 接获得 大视 场高分辨 图像 ；光学 系统 结构由偏移视场棱镜组 、扫描镜 和成像镜 头三部 分组
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｅａ ｒｃｈ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｃｈａ ｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ， ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ， ｌａｒｇｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｆｉｒｓｔｌｙ， ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｅａｒ ｃｈ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｄ ｓｃａｎ ｉｍ ａｇ— ｉｎｇ ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｎｉｎｅ ｇａｚｅ ｖｉｅｗ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｉｍａｇｅｓ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ａｎ ｄ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．ｏｐｔ ｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｏｆｓｅｔｆ ｉｅｌｄ ｐｒｉｓｍ ， ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ ａｎ ｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｌｅｎｓ． Ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｒａｎ ｇｅ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｔａｒｉｎｇ ｆ ｉｅｌｄ ｉｓ ６．８７。ｘ５．５０。． ａｎｄ ｔｈｅｎ ａ ｗｉｄｅ ｆ ｉｅｌｄ ｏｆ ６．８７。ｘ４５．１０。 ｉｓ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｓｃａｎ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｅｘｐｌａｉｎ ｔｈａｔ： ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ Ｍ ＴＦ ｉｓ ｃｌｏｓｅ ｔｏ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔ ａｔ ２０１ｐ／ｍｍ．Ｔｈｅ ｔｒａ ｎ ｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ａ ｎｄ ｔｉｍｉｎｇ ｄｅｓｉｇ ｎ ｏｆ ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ ｉｎｔｒｏ—— ｄｕｃｅｄ ｉｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｉｇｈｔｓ ５２ｋｇ ａｆｔｅｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎ ｄ ａｓｓｅｍｂｌａｇｅ； ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｔｈｅ ｓｃａｎ— ｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｓｍｏｏｔｈ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｕｓ， ａｌｌ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃ－ｍｅｃｈａ ｎ ｉｃａｌ ｄｅｓｉｇ ｎ ｈａｖｅ ｍｅｔ ｔｈｅ ｄｅ— ｓｉｇ ｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌａｒｇｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ；ｈｉ ｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ； ｉｎｆ ｒａ ｒｅｄ ｓｅａｒｃｈ； ｓｃａｎ ｉｍａｇｉｎｇ； ｄｅｓｉｇｎ
Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃ－ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｅａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔ ｈ Ｌａｒｇｅ Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ
ＰＥＮＧ Ｊｉａｈａｏ， ＬＩＵ Ｔａｏ．ＤＥＮ Ｇ Ｊｉａｎ （Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃｓ ａ ｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３）
他干扰下发射红外线的物体和 目标 ，并且提供预警 像 、多镜头拼接成像 、超大视场凝视成像三个技术途
信号阻 ］。红外预警探测系统是基于 目标红外特征 ， 径 。扫 描 是 红外 系 统 常用 的扩 大探 测 视 场 、增 加 空
以被动方式工作 的搜索跟踪系统 ，隐蔽性能好 ，抗 电 间分辨率 的方法。在总结现有的光机扫描技术的基
子 干 扰 ，可全 天 ２４小 时 工 作 ，因此 在 电磁 压 制 时 能 础上 ，设 计 实 现 视场 １０６。，焦 距 １２０ｍｍ ，有 效 通 光 口
完成 加 工 装调 后 系统 重 量 ５２ｋｇ，扫 描 装 置 运 转 平 稳 ，光 机 设 计 结果 均达 到 设 计 要 求 。
关键 词 ：大视场 ；高分辨 ；红外搜 索；扫描成像 ；设计
中图分 类号 ： ＴＮ２１６
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：ｌ６７２—９８７Ｏ（２０１６）Ｏ３—０ｏ０５一Ｏ４
成 ，光学设计 的单个凝视视 场 范围为６．８７。×５．５Ｏ。，通过上述扫描 方式拼 接后获得 ６．８７。ｘ４５．１０。的 大视场 ，对 系统 的成像质 量
进 行 了分析与评 价 ，在 ２０１ｐ／ｍｍ时 系统ＭＴＦ接 近衍 射极 限 ；重 点介 绍 了扫描 镜机 构 中传动装 置 以及 图像 采集 时序设 计 ，