一种基于旋转双光楔的像方扫描光学系统

技术领域

本发明涉及像方扫描光学系统领域，具体涉及一种基于旋转双光楔的像方扫描光学系统。

背景技术

在光学成像技术领域，光学系统按扫描机构分为扫描型和非扫描型。受像差和材质的影响，非扫描红外光学系统一般不能同时满足大视场和大的探测距离要求，满足这两点要求的系统往往结构复杂、尺寸大。而扫描型红外光学系统可能存在的问题有：1.不能连续扫描，无法选取特定的视场；2.进行像方扫描时需要占用较大空间，例如现有技术中有通过带动探测器二维平动或摆动的扫描技术需要为光学系统及探测器的扫描运动预留空间，导致系统整体体积偏大；3.进行扫描的驱动机构难以实现高精度，使得光学系统的分辨率和精度较低；4.扫描时需要运动的部件转动惯量较大，不利于扫描速度和精度。

发明内容

本发明的一个目的是解决现有技术的扫描机构体积偏大，难以实现高精度、快速扫描的缺陷。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于旋转双光楔的像方扫描光学系统，包括沿光路依次设置的望远光学系统、旋转双光楔扫描机构以及成像光学系统；其中旋转双光楔扫描机构包括结构相同的第一光楔和第二光楔，第一光楔和第二光楔能够通过旋转实现视场扫描。

优选地，所述第一光楔和第二光楔能够独立旋转，用于选取不同视场。

优选地，在所述旋转双光楔扫描机构和成像光学系统之间还包括至少一个反射镜，用于折转光路。

优选地，所述旋转双光楔扫描机构用于减少转动惯量。

优选地，所述旋转双光楔扫描机构用于减少扫描时所占用的空间大小。

优选地，所述第一光楔和第二光楔分别受第一电机和第二电机驱动发生旋转。

优选地，基于旋转双光楔的像方扫描光学系统还包括控制器，用于计算期望达到的偏转角度，并控制第一电机和第二电机使第一光楔和第二光楔旋转至指定角度以接收指定视场。

本发明的有益效果是：1、采用双光楔扫描机构改进像方扫描系统，提供了与现有技术不同的新技术路线；2、通过双光楔旋转的方式进行扫描，属于连续扫描，且光楔转动惯量小；3、可以通过高精度电机控制扫描，能够实现高精度、高分辨率；4、双光楔各自独立旋转，能够接受指定视场；5、光楔旋转时不会占用额外体积，有助于设备的小型化。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明的基于旋转双光楔的像方扫描光学系统的一个实施例的结构示意图；

图2为旋转双光楔扫描机构产生最大的总偏向角时的位置示意图；

图3为旋转双光楔扫描机构产生最小的总偏向角时的位置示意图。

附图标记说明：1-望远光学系统；2-旋转双光楔扫描机构；3-成像光学系统；4-探测器；5-反射镜；2A-第一光楔；2B-第二光楔。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供一种基于旋转双光楔的像方扫描光学系统，如图1所示，包括沿光路依次设置的望远光学系统1、旋转双光楔扫描机构2以及成像光学系统3；其中旋转双光楔扫描机构2包括结构相同的第一光楔2A和第二光楔2B，第一光楔2A和第二光楔2B能够通过旋转实现视场扫描。

本发明的原理可以参照图2和图3进行说明，双光楔由两个具有一定楔角的光学平板玻璃组成，光线垂直入射光楔的前表面，从后表面出射产生一定的偏向角。两个独立的旋转光楔相组合，产生的光线会旋转到一个新的角度或在对应于楔角的锥形扫描范围产生一定的平移。利用旋转双光楔可以改变光线走向的原理，通过控制两个光楔的旋转角度，引导光线到达特定的位置，实现视场的快速大范围扫描。可以满足光线在方位、俯仰方向的运动要求，方位、俯仰可连续运动，可以连续观察视场内各个角度范围的目标。双光楔的旋转平面与光路基本垂直。

在一个实施例中，本发明的第一光楔和第二光楔能够独立旋转，用于选取不同视场。这相比于现有技术具有更好的效果。例如现有技术中的CN106908955B，其方案是通过旋转双光楔完成激光扩束扫描，其中两个光楔是以相同的速率反向转动的，作用是按照一定的周期进行扩束扫描，“相同速率反相转动”表明两个光楔的转动是相互关联的，并非独立转动，并且该方案是关于激光发射的，不涉及接收视场问题。而本发明的双光楔能够独立旋转，可以灵活选取特定视场，例如可以建立双光楔旋转角度与接收到视场的对应关系，当需要接收特定视场时，驱动第一光楔和第二光楔转动到指定位置，以接收指定视场。由此可以看出双光楔独立旋转能够解决新的技术问题，并且达到显著的技术效果。

进一步地，第一光楔和第二光楔可以分别受第一电机和第二电机驱动发生旋转。因此在一个实施例中，本发明还可以包括控制器，用于计算期望达到的偏转角度，并控制第一电机和第二电机使第一光楔和第二光楔旋转至指定角度以接收指定视场。

本发明在旋转双光楔扫描机构和成像光学系统之间还包括至少一个反射镜5，用于折转光路。作用是减小光学系统总体尺寸。

需要说明的是，虽然双光楔是现有技术中已经存在的光学组件，例如《旋转双光楔折射特性与二维扫描轨迹的分析》文献中已经公开的原理和技术细节。但是本发明中将双光楔扫描与像方扫描相结合实现了新的发明目的，解决了新的技术问题，实现了新的技术效果，具体体现在以下方面：1、在需要高速扫描的应用场景，由于光楔具有更低的转动惯量，因此更利于通过高精度电机实现高速扫描。2、由于光楔绕固定轴旋转，旋转时不会占用额外空间，相比于二维平动式扫描节约了空间，缩小了设备体积。3、本发明的扫描是连续的，可以获取范围内任意位置的视场。4、提供了一种新的像方扫描光学系统的设计思路，由于现有技术往往采用双光楔实现激光发射过程中的角度调整，但是没有应用于像方扫描的光学接收系统，因此本发明给出了一种新的技术启示，使双光楔充分用于改进像方扫描系统。

<实施例>

本实施例的像方扫描光学系统如图1至图3所示，包括：望远光学镜组1、扫描机构2、成像光学系统3、探测器4。望远光学镜组1与成像光学镜组3中间通过扫描机构2进行光路对接。望远光学镜组1为一大视场光学镜组，其视场覆盖跟踪视场范围，跟踪视场范围内的景象发出的光束经望远光学镜组准直后投射至扫描机构。望远光学镜组入瞳靠近窗口，这样可以减小窗口尺寸，出瞳在扫描机构处以减小光楔尺寸。

双光楔在转动平台的带动下，将望远光学镜组不同物方视场出射的光束透射至成像光学镜组，实现稳像及跟踪功能。成像光学镜组为小视场光学镜头，其视场覆盖视在视场范围，光束经成像光学镜组汇聚后成像在探测器光敏面上，生成光学图像。光学系统及扫描机构共同实现系统大孔径和大视场。扫描机构采用旋转双光楔扫描方式，具有分辨率高、精度高等优势。

本实施例应用在需要具有低转动惯量、需要高精度连续扫描且需要满足小型化的像方扫描系统中。例如可以用在红外制导系统中，缩减红外制导系统的体积，又能达到高分辨率、连续扫描、低转动惯量的要求。

本实施例采用一种双光楔扫描的像方扫描成像光学系统，依靠双光楔旋转的方式来实现像方扫描，保证整机系统结构紧密，尺寸小，实现光学系统小型化、轻量化要求；本实施例通过控制双光楔旋转进行扫描，前组望远光学系统及后组成像光学镜组固定，转动惯量小，结构简单。

本实施例的光学系统为大视场光学系统，通过扫描机构将望远光学系统不同视场的光线通过成像光学镜组成像在探测器上，由光学系统及扫描机构共同实现系统大孔径和大视场。

本实施例的扫描机构采用旋转双光楔扫描方式，采用高精度控制电机，驱动光楔高精度、高分辨率旋转，这使得基于旋转双光楔的像方扫描光学系统具有分辨率高、精度高等优势。

其中双光楔由两个具有一定楔角的光学平板玻璃组成，光线垂直入射光楔的前表面，从后表面出射产生一定的偏向角。两个独立的旋转光楔相组合，产生的光线会旋转到一个新的角度或在对应于楔角的锥形扫描范围产生一定的平移。旋转双光楔方案恰好满足在物理空间有限的条件下友好的满足大视场扫描的要求，由于没有大范围的运动机构，因此不需要增加中继光学元件，本方案基于旋转双光楔的像方扫描光学系统尺寸小、结构紧凑且容易实现。利用旋转双光楔可以改变光线走向的原理，通过控制两个光楔的旋转角度，引导光线到达特定的位置，实现视场的快速大范围扫描。可以满足光线在方位、俯仰方向的运动要求，方位、俯仰可连续运动，可以连续观察视场内各个角度范围的目标。

旋转双光楔方案恰好满足在物理空间有限的条件下友好地满足大视场扫描的要求，由于没有大范围的运动机构，因此不需要增加中继光学元件，本方案基于旋转双光楔的像方扫描光学系统尺寸小、结构紧凑且容易实现。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。