[发明专利]采用双光楔实现的机载红外扫描观察装置

说明书

技术领域

本发明属于光电侦察技术领域，主要涉及一种机载红外搜索导航吊舱用的扫描观察装置，尤其涉及一种采用消色差双光楔实现瞄准线扫描的机载红外扫描观察装置。

背景技术

机载红外搜索导航吊舱用于提高飞机在夜间和复杂气象条件下的战场感知能力，使夜间低空突防成为可能，使得飞机真正具备夜视夜战能力。

为了完成目标搜索和飞行导航任务，飞行员要对飞行前方区域进行扫描观察，机载红外搜索导航吊舱的瞄准线需要在方位和俯仰两个方向上进行扫描运动。传统的实现瞄准线扫描观察的方法一种是将红外热像仪探测器安装在万向架结构中，通过万向架的转动实现瞄准线方位、俯仰运动；另一种是将安装在万向架结构上的反射镜放置在红外热像仪探测器前端光路中，通过万向架转动反射镜实现瞄准线运动。

在第一种采用万向架结构形式的方法中优点是控制规律简单，缺点包括：(1)结构尺寸大；(2)负载转动惯量大，伺服控制难度大。在第二种采用反射镜的方法中优点是可以减小宽度方向的尺寸，缺点包括：(1)需要消除反射镜运动带来的像旋；(2)瞄准线无法实现大角度范围运动；(3)系统运动机构多，结构复杂，空间利用率不高；(4)对外界振动敏感。

在机载设备中，结构体积和重量常常都有严格的要求，特别是在固定翼飞机上，外挂设备的宽度和高度尺寸都有严格的限制。显然上述两种实现瞄准线运动的方法不能很好地满足这一限制要求，因而需要考虑一种新的实现瞄准线运动的控制方法。

光楔是光学系统中实现小角度偏转的元件，可以改变光线方向。当两个相同光楔配对组成双光楔使用，通过控制两个光楔的相对旋转角度，出射光线可以在以入射光为轴的角锥内任意方向变化，引导光轴到达指定的位置，就可以实现瞄准线的扫描运动。当瞄准线扫描运动的角度较大时，就需要光楔的楔角较大。较大楔角的光楔在偏转光线的同时会带来严重的色差。为了消除色差，设计一种楔镜组，将两个不同材质不同楔角的光楔进行组合，楔角大的楔镜采用色散小的材料，如硅单晶；楔角小的楔镜采用色散大的材料，如锗单晶。两个光楔相对的工作平面相对平行，这样组合的楔镜组的色散可以减小到光学系统的使用要求之内。

美国专利USP7037005B2公开了一种采用消色差棱镜的云台装置。该装置中使用了两块相同的消色差棱镜，每个消色差棱镜由两块光楔组成。第一消色差棱镜1和第二消色差棱镜2位置关系如图1所示。第一消色差棱镜1由第一光楔1-1和第二光楔1-2如图放置组成，第二消色差棱镜由第三光楔2-1和第四光楔2-2如图放置组成。第二光楔1-2的第二镜面1-6垂直于光轴3，第三光楔2-1的第一镜面2-3垂直于光轴3，这两个镜面相互平行。第一光楔1-1的第二镜面1-4倾斜于光轴3，第二光楔1-2的第一镜面1-5倾斜于光轴3，这两个镜面相互平行。第一光楔1-1的第一镜面1-3倾斜于光轴3。第三光楔2-1的第二镜面2-4倾斜于光轴3，第四光楔2-2的第一镜面2-5倾斜于光轴3，这两个镜面相互平行。第四光楔2-2的第二镜面2-6倾斜于光轴3。第二光楔1-2和第三光楔2-1采用硫化锌材料，第一光楔1-1和第四光楔2-2采用蓝宝石材料。

第一消色差棱镜1和第二消色差棱镜2绕光轴3相对转动可以在30度范围内改变可见光/长波红外光的方向，为静止的成像设备提供一种左右、上下摇摄方法。

该专利公开的云台装置中存在两方面不利因素：第一，在进行光楔胶合装配时不便于机械定位且相邻光楔的相邻面平行度难以保证；第二，装置中光楔所用的材料价格高，加工难度大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对在重量和空间尺寸有严格限制，特别是宽度方向的尺寸较小的情况下，提供一种实现瞄准线大范围扫描观察的机载红外搜索导航装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的瞄准线扫描观察装置包括机上操控单元，消色楔镜组件、含有成像镜组和中波红外探测器及信号处理电路的热像仪、执行机构组件、伺服驱动电路、显示器和计算机；所述机上操控单元带有拨轮、按键及处理电路，其功能是将操作人员的手动指令转换成瞄准线的角度指令并送入所述计算机中；

所述执行机构组件包含结构组成完全相同的第一、第二执行机构，第一、第二执行机构均含有电机、齿轮减速器、小齿轮和大齿盘，齿轮减速器的输入端与电机的转轴固连，输出端与小齿轮固连；