CN112596230A - 用于光电跟踪主动层析照明的光路*** - Google Patents

用于光电跟踪主动层析照明的光路*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于光电跟踪主动层析照明的光路***，包括发射望远镜、快反镜、多个库德镜、分光镜、发射激光器、照明脉冲激光器、短波光学成像***、TIR棱镜、中继DLP芯片成像光学***、照明激光光轴校准光学***、照明激光缩束***、照明激光准直透镜，多个库德镜组成库德光路等；本发明能够全天候探测成像超远距离的目标，减少了杂光干扰，可以实现对复杂环境下目标的探测成像，减小光电跟瞄装置的体积等优点。

Description

用于光电跟踪主动层析照明的光路***
技术领域
本发明涉及光电跟瞄装备中激光主动照明技术领域，更为具体的，涉及用于光电跟踪主动层析照明的光路***。
背景技术
光束控制与跟踪瞄准装备(简称ATP)是激光武器和多功能激光战车的重要组成部分，其目的是将高能激光经过中继传输光路传输到发射望远镜上，聚焦到远场目标上，对目标实现打击和摧毁。主要作用是完成高功率激光传输、指向控制、目标识别和跟踪、主动照明、瞄准和打击等功能环节。
基于多种作战应用环境，为了实现对目标的全天候探测、识别和跟踪，特别针对晚上跟踪目标，现有的红外探测器的帧频不能满足光电跟瞄设备的跟踪精度，可见光的相机晚上看不见。通过激光主动照明，由于连续的激光照射在远距离的目标上，会产生很强的后项散射，现有技术存在对工作环境要求较高，难以适应复杂环境工况，成像距离短、杂光干扰严重、装置体积大等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供用于光电跟踪主动层析照明的光路***，能够全天候探测成像超远距离的目标，减少了杂光干扰，可以实现对复杂环境下目标的探测成像，减小光电跟瞄装置的体积等优点。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
用于光电跟踪主动层析照明的光路***，包括发射望远镜、快反镜、多个库德镜、分光镜、发射激光器、照明脉冲激光器、短波光学成像***、TIR棱镜、中继DLP芯片成像光学***、照明激光光轴校准光学***、照明激光缩束***、照明激光准直透镜，所述多个库德镜组成库德光路；照明脉冲激光器发出的激光经过TIR棱镜后，进入DLP芯片成像光学***的DLP芯片单元，在DLP芯片单元处于关断状态下，通过库德光路经发射望远镜后照射到目标上，单个脉冲激光经过目标返回来的像经过倒置的发射望远镜、快反镜、库德光路、TIR棱镜、上电后的DLP芯片单元后成像在短波光学成像***上，获得目标的成像信息；照明脉冲激光器再发射下一个脉冲时，此时DLP芯片单元处于关断状态下，则下一个脉冲又经过发射望远镜发射到目标上，获得目标信息后，会获得目标成像的脱靶量，能够通过调节快反镜调节脱靶量，实现对目标的跟踪控制调节。
进一步地，在DLP芯片单元的表面产生反射，通过控制DLP芯片单元的开关，能够控制DLP芯片单元是否产生偏转。
进一步地，发射主激光通过分光镜耦合到库德光路中，脉冲激光则通过分光镜反射到耦合光路中。
进一步地，所述DLP芯片单元在上电后，产生一个度的偏转，在选通的时间内，选通的距离上，经目标返回的光经过倒置的发射望远镜、快反镜、库德导光光路、TIR棱镜、上电的DLP芯片单元成像在短波光学成像***上，从而获得目标的成像信息。
进一步地，所述中继DLP芯片成像光学***包括TIR中继成像光学***成像透镜、TIR中继成像光学***成像透镜和TIR棱镜下半部分。
进一步地，目标的距离在变化时，通过照明激光缩束***实现对不同距离的脉冲激光的发射角进行调焦，实现在不同距离下对目标的辐射通量。
进一步地，所述TIR棱镜包括TIR棱镜上半部分和TIR棱镜下半部分，所述TIR棱镜上半部分与TIR棱镜下半部分连接。
进一步地，所述照明激光光轴校准光学***包括光轴指向探测器，照明脉冲激光器发射的激光，经过照明激光准直透镜准直后经过照明激光动镜实现偏转，经过照明激光缩束***后经过照明激光反射镜反射后传输到中继DLP芯片成像光学***，透过照明激光反射镜的光经过光轴指向成像微透镜，成像在光轴指向探测器上。
进一步地，通过调节照明激光动镜能够实现光轴的实施校准。
本发明的有益效果是：
(1)本发明利用脉冲激光实现层析成像，能够全天候探测成像超远距离的目标，减少了杂光干扰，可以实现对复杂环境下目标的探测成像，减小了光电跟瞄装备的体积等；具体的，利用TIR棱镜和DLP芯片抑制了精跟踪短波成像光学***的杂光干扰，利用短波相机透过率高的优点可以实现对复杂环境下目标的探测成像，可以实现多光路脉冲激光器的非相干合成，增加了目标的探测距离，实现超远距离探测成像，可以实现多光路脉冲激光器的定向指向控制，消除振动、温度变化引起的光轴变化，可以实现发射主激光和照明激光共孔径发射，减小光电跟瞄装备的体积，***简单，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明总的光学***图；
图2是本发明实施例的TIR棱镜结构图；
图3是本发明实施例的TIR棱镜点胶图；
图4是本发明实施例的精跟踪短波光学***图；
图5是本发明实施例的精跟踪短波光学***点列图；
图6是本发明实施例的精跟踪短波光学***MTF图；
图7是本发明实施例的中继TIR棱镜成像光学***；
图中，1-发射望远镜主镜，2-发射望远镜次镜，3-快反镜，4-转折镜，5-库德镜，6-德镜，7-库德镜，8-库德镜，9-库德镜，10-分光镜，11-发射激光器，12-TIR棱镜上半部分，13-TIR棱镜下半部分，14-短波成像反射镜，15-短波成像反射镜，16-短波光学成像***，17-TIR中继成像光学***成像透镜，18-TIR中继成像光学***成像透镜，19-照明激光反射镜，20-光轴指向成像微透镜，21-光轴指向探测器，22-照明激光缩束***，23-照明激光动镜，24-照明激光准直透镜，25-照明脉冲激光器。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征(包括任何附加权利要求、摘要和附图)，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
如图1～7所示，用于光电跟踪主动层析照明的光路***，包括发射望远镜、快反镜3、多个库德镜、分光镜10、发射激光器11、照明脉冲激光器25、短波光学成像***16、TIR棱镜、中继DLP芯片成像光学***、照明激光光轴校准光学***、照明激光缩束***22、照明激光准直透镜24，所述多个库德镜组成库德光路；照明脉冲激光器25发出的激光经过TIR棱镜后，进入DLP芯片成像光学***的DLP芯片单元，在DLP芯片单元处于关断状态下，通过库德光路经发射望远镜后照射到目标上，单个脉冲激光经过目标返回来的像经过倒置的发射望远镜、快反镜3、库德光路、TIR棱镜、上电后的DLP芯片单元后成像在短波光学成像***16上，获得目标的成像信息；照明脉冲激光器25再发射下一个脉冲时，此时DLP芯片单元处于关断状态下，则下一个脉冲又经过发射望远镜发射到目标上，获得目标信息后，会获得目标成像的脱靶量，能够通过调节快反镜3调节脱靶量，实现对目标的跟踪控制调节。
进一步地，在DLP芯片单元的表面产生反射，通过控制DLP芯片单元的开关，能够控制DLP芯片单元是否产生偏转。
进一步地，发射主激光通过分光镜10耦合到库德光路中，脉冲激光则通过分光镜10反射到耦合光路中。
进一步地，所述DLP芯片单元在上电后，产生一个16度的偏转，在选通的时间内，选通的距离上，经目标返回的光经过倒置的发射望远镜、快反镜3、库德导光光路、TIR棱镜、上电的DLP芯片单元成像在短波光学成像***16上，从而获得目标的成像信息。
进一步地，所述中继DLP芯片成像光学***包括TIR中继成像光学***成像透镜17、TIR中继成像光学***成像透镜18和TIR棱镜下半部分13。
进一步地，目标的距离在变化时，通过照明激光缩束***22实现对不同距离的脉冲激光的发射角进行调焦，实现在不同距离下对目标的辐射通量。
进一步地，所述TIR棱镜包括TIR棱镜上半部分12和TIR棱镜下半部分13，所述TIR棱镜上半部分12与TIR棱镜下半部分13连接。
进一步地，所述照明激光光轴校准光学***包括光轴指向探测器21，照明脉冲激光器25发射的激光，经过照明激光准直透镜24准直后经过照明激光动镜23实现偏转，经过照明激光缩束***22后经过照明激光反射镜19反射后传输到中继DLP芯片成像光学***，透过照明激光反射镜19的光经过光轴指向成像微透镜20，成像在光轴指向探测器21上。
进一步地，通过调节照明激光动镜23能够实现光轴的实施校准。
在本发明的实施例中，用于光电跟踪主动层析照明的光路***，可以为一种基于TIR棱镜转向共孔径发射层析成像的光路***统，包括发射望远镜(发射望远镜主镜1、发射望远镜次镜2)、快反镜3、多个库德镜组成库德光路、发射激光器11、照明脉冲激光器25、TIR棱镜(包括TIR棱镜上半部分12，TIR棱镜下半部分13)、短波光学成像***16、中继DLP芯片成像光学***(包括TIR中继成像光学***成像透镜17，TIR中继成像光学***成像透镜18)、照明激光光轴校准光学***(包括光轴指向探测器21)、照明激光缩束***22、照明激光准直透镜24等构成。
在本发明的其他实施例中，按照图1中的光路图，设置发射望远镜主镜1，发射望远镜次镜2，快反镜3，转折镜4，库德镜5，德镜6，库德镜7，库德镜8，库德镜9，分光镜10，发射激光器11，TIR棱镜上半部分12，TIR棱镜下半部分13，短波成像反射镜14，短波成像反射镜15，短波光学成像***16，TIR中继成像光学***成像透镜17，TIR中继成像光学***成像透镜18，照明激光反射镜19，光轴指向成像微透镜20，光轴指向探测器21，照明激光缩束***22，照明激光动镜23，照明激光准直透镜24和照明脉冲激光器25。其中，照明激光传输部分的照明脉冲激光器25设置有光纤QBH激光头，从光纤QBH激光头发射的激光，经过照明激光准直透镜24准直后经过照明激光动镜23可以实现偏转，经过照明激光缩束***22后经过照明激光反射镜19反射镜后传输到中继成像光路***，照明激光反射镜19镀膜时会有99.5％的反射率，但还是会有一部分光透过，透过的光经过光轴指向成像微透镜20，成像在光轴指向探测器21上，其中成像微透镜类似哈德曼成像原理。通过这种成像微透镜可以对多路脉冲激光进行非相干合成，本实施例中只显示了一台脉冲激光器，可以实现任何路数的非相干合成，其合成的激光器的数量与微透镜阵列的数量相同。合成的激光器越多照明的距离就越远。
脉冲激光传输到微透镜后，成像在探测器，探测器上的光斑则代表了远场的聚焦光斑，通过图像处理可以求光斑的质心，光斑质心的与初装调的标定量有偏移代表光轴与实际光轴有偏差，因此通过照明激光动镜23可以实现光轴的实施校准。
TIR棱镜和DLP芯片的工作原理：TIR中继成像光学***成像透镜17、TIR中继成像光学***成像透镜18和TIR棱镜下半部分13组成中继传输光学***，因DLP芯片有具体的大小，从脉冲准直激光输出的激光则要与DLP芯片实现匹配，需要用到中继传输光学成像***，该成像***的光学***如图7所示。
TIR棱镜由两部分构成，图1中的TIR棱镜上半部分12和TIR棱镜下半部分13，这两部分三角棱柱是通过其四角点胶的方式，点胶的位置如图3所示，将两者组合在一起，其原理为光经过图2中的发射望远镜主镜1时，到达胶合面后会产生全反射，因为点胶使得两个三角棱柱产生一个小的空气间隔，使得光从密介质传输到光疏介质产生全反射。
经过中继传输的脉冲激光，经过DLP芯片后，在芯片的表面产生反射，控制DLP芯片的开关，可以控制DLP的芯片单元是否产生偏转。
发射主激光通过分光镜10耦合到库德光路当中，脉冲激光则是通过分光镜10反射到耦合光路中，图1中的点划线代表发射主激光的传输路径，图1中的实线代表脉冲激光的传输路径。
发射激光和照明激光都是通过离轴的发射望远镜共孔径发射到目标上。
精跟踪的光学***成像原理为，图1中的反向箭头方向是其成像路径，顺序为倒置的发射望远镜(发射望远镜主镜1，发射望远镜次镜2)、快反镜3、库德导光光路(包括库德镜5、德镜6、库德镜7、库德镜8、库德镜9)、TIR棱镜、DLP芯片，经短波成像反射镜14、短波成像反射镜15反射镜后，在短波光学成像***16中成像。
工作中，照明脉冲激光器25发出一个脉冲后，经过TIR棱镜和DLP芯片后，此时DLP芯片处于关断的状态，此脉冲激光会通过库德光路经离轴发射望远镜后照射到目标上，单个脉冲激光经过目标返回来的像后，此时DLP芯片上电，芯片会产生一个16度的偏转，在选通的时间内，选通的距离上，经目标返回的光经过倒置的发射望远镜、快反镜3、库德导光光路、TIR棱镜、上电的DLP成像在红外光学***上，从而获得目标的成像信息。照明激光在发射下一个脉冲，此时关断DLP芯片，则下一个脉冲又经过发射望远镜发射目标上。
获得目标信息后，会获得目标成像的脱靶量，通过快反镜3将脱靶量降到最小从而实现对目标的精跟踪控制(在精跟踪之前需要通过光电跟踪控制转台实现对目标的初跟踪)。
目标的距离在变化时，通过图1中的22实现对不同距离的脉冲激光的发射角进行调焦，实现在不同距离下对目标的辐射通量。
表1光学***光学参数
Figure BDA0002839632300000081
Figure BDA0002839632300000091
在本发明的其他实施例中，晚上目标靠近的时候，通过光电跟瞄转台实现对目标的初跟踪，精跟踪可见光的相机则探测不到任何图像，本发明实施例则利用激光主动照明的方式，通过库德光路实现对目标的定位和跟踪，通过导光的形式利用短波相机实现对目标的精确跟踪，输出的脱靶量信息反馈给快反镜，从而实现对目标的高精度跟踪。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(Random Access Memory，RAM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。

Claims (9)

1.用于光电跟踪主动层析照明的光路***，其特征在于，包括发射望远镜、快反镜(3)、多个库德镜、分光镜(10)、发射激光器(11)、照明脉冲激光器(25)、短波光学成像***(16)、TIR棱镜、中继DLP芯片成像光学***、照明激光光轴校准光学***、照明激光缩束***(22)、照明激光准直透镜(24)，所述多个库德镜组成库德光路；照明脉冲激光器(25)发出的激光经过TIR棱镜后，进入DLP芯片成像光学***的DLP芯片单元，在DLP芯片单元处于关断状态下，通过库德光路经发射望远镜后照射到目标上，单个脉冲激光经过目标返回来的像经过倒置的发射望远镜、快反镜(3)、库德光路、TIR棱镜、上电后的DLP芯片单元后成像在短波光学成像***(16)上，获得目标的成像信息；照明脉冲激光器(25)再发射下一个脉冲时，此时DLP芯片单元处于关断状态下，则下一个脉冲又经过发射望远镜发射到目标上，获得目标信息后，会获得目标成像的脱靶量，能够通过调节快反镜(3)调节脱靶量，实现对目标的跟踪控制调节。
2.根据权利要求1所述的用于光电跟踪主动层析照明的光路***，其特征在于，在DLP芯片单元的表面产生反射，通过控制DLP芯片单元的开关，能够控制DLP芯片单元是否产生偏转。
3.根据权利要求2所述的用于光电跟踪主动层析照明的光路***，其特征在于，发射主激光通过分光镜(10)耦合到库德光路中，脉冲激光则通过分光镜(10)反射到耦合光路中。
4.根据权利要求1所述的用于光电跟踪主动层析照明的光路***，其特征在于，所述DLP芯片单元在上电后，产生一个16度的偏转，在选通的时间内，选通的距离上，经目标返回的光经过倒置的发射望远镜、快反镜(3)、库德导光光路、TIR棱镜、上电的DLP芯片单元成像在短波光学成像***(16)上，从而获得目标的成像信息。
5.根据权利要求1所述的用于光电跟踪主动层析照明的光路***，其特征在于，所述中继DLP芯片成像光学***包括TIR中继成像光学***成像透镜(17)、TIR中继成像光学***成像透镜(18)和TIR棱镜下半部分(13)。
6.根据权利要求1所述的用于光电跟踪主动层析照明的光路***，其特征在于，目标的距离在变化时，通过照明激光缩束***(22)实现对不同距离的脉冲激光的发射角进行调焦，实现在不同距离下对目标的辐射通量。
7.根据权利要求1所述的用于光电跟踪主动层析照明的光路***，其特征在于，所述TIR棱镜包括TIR棱镜上半部分(12)和TIR棱镜下半部分(13)，所述TIR棱镜上半部分(12)与TIR棱镜下半部分(13)连接。
8.根据权利要求1所述的用于光电跟踪主动层析照明的光路***，其特征在于，所述照明激光光轴校准光学***包括光轴指向探测器(21)，照明脉冲激光器(25)发射的激光，经过照明激光准直透镜(24)准直后经过照明激光动镜(23)实现偏转，经过照明激光缩束***(22)后经过照明激光反射镜(19)反射后传输到中继DLP芯片成像光学***，透过照明激光反射镜(19)的光经过光轴指向成像微透镜(20)，成像在光轴指向探测器(21)上。
9.根据权利要求1所述的用于光电跟踪主动层析照明的光路***，其特征在于，通过调节照明激光动镜(23)能够实现光轴的实施校准。
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