專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于超音速制導(dǎo)的折射式紅外光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，它涉及一種用于超音速制導(dǎo)的折射式紅外光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紅外光學(xué)系統(tǒng)是紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)中的重要組成部分，在軍事領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。超音速制導(dǎo)的紅外光學(xué)系統(tǒng)由于其高速飛行的過(guò)程中周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生很復(fù)雜的氣流擾動(dòng)，致使光學(xué)系統(tǒng)整流罩與大氣發(fā)生劇烈的摩擦，整流罩溫度升高，存在強(qiáng)烈的紅外背景干擾。另外，在氣流的擾動(dòng)下，流場(chǎng)溫度、密度的變化等氣動(dòng)光學(xué)傳輸效應(yīng)會(huì)引起目標(biāo)輻射傳播路徑上介質(zhì)折射率的變化和波動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致像面模糊、抖動(dòng)、畸變、能量損耗和位置漂移等現(xiàn)象，因此會(huì)嚴(yán)重影響目標(biāo)的捕獲、目標(biāo)質(zhì)心軌道和目標(biāo)形狀，從而降低導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、跟蹤和識(shí)別能力，影響末制導(dǎo)精度，嚴(yán)重時(shí)可造成導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)完全失效。對(duì)于現(xiàn)有的紅外折射一次成像光學(xué)系統(tǒng)，由于需要100%的冷光闌效率，通常將探測(cè)器的冷光闌設(shè)為系統(tǒng)的孔徑光闌，這樣便會(huì)使入瞳位置位于整流罩后，導(dǎo)致不同視場(chǎng)的入射光將沿著整流罩的不同位置進(jìn)入成像系統(tǒng)中。由于超音速制導(dǎo)的整流罩在氣動(dòng)環(huán)境下的溫度場(chǎng)分布是不均勻的，于是光學(xué)系統(tǒng)不同視場(chǎng)產(chǎn)生的紅外背景干擾是不同的，從而造成光學(xué)系統(tǒng)成像均勻性嚴(yán)重下降。又因?yàn)闅鈩?dòng)環(huán)境下整流罩不同位置的流場(chǎng)折射率分布也是不均勻的，于是導(dǎo)致不同視場(chǎng)下的光線(xiàn)在焦平面上的偏移不同，進(jìn)而產(chǎn)生畸變和位置漂移，從而影響光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容基于上述技術(shù)中存在的一些問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提出一種有效減輕氣動(dòng)熱輻射和氣動(dòng)光學(xué)傳輸效應(yīng)，能夠用于超音速制導(dǎo)的折射式紅外光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特征在于利用二次成像的方式將光學(xué)系統(tǒng)的入瞳位置設(shè)計(jì)在了整流罩處。本實(shí)用新型是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的物方先由前組透鏡群完成一次成像，然后再經(jīng)后組透鏡群、杜瓦瓶窗口、濾光片、 冷光闌完成二次成像于探測(cè)器陣列上。透鏡組中的鏡片可采用不同的紅外材料來(lái)消除色差，并在適當(dāng)?shù)耐哥R表面采用非球面設(shè)計(jì)，用以減小系統(tǒng)鏡片數(shù)、優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高成像質(zhì)量。由于采用了二次成像的方式，可以在保證出瞳與探測(cè)器冷光闌匹配的前提下將入瞳位置提前至整流罩處，從而滿(mǎn)足系統(tǒng)的100%冷光闌效率。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、采用了紅外折射式二次成像光學(xué)系統(tǒng)，使整流罩口徑可以做到與入瞳大小相當(dāng)，進(jìn)入系統(tǒng)的雜散光少。2、入瞳位置設(shè)定在整流罩處，使得不同視場(chǎng)的入射光將從整流罩的同一位置進(jìn)入成像系統(tǒng)中，于是光學(xué)系統(tǒng)在氣動(dòng)環(huán)境下不同視場(chǎng)的紅外背景干擾是相同的，減輕了氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)對(duì)像面均勻性的影響。同時(shí)，不同視場(chǎng)的入射光經(jīng)過(guò)整流罩表面的湍流混合層是相同的，因此減小了不同視場(chǎng)下由于混合層氣體密度梯度的變化導(dǎo)致的圖像畸變，提高了成像質(zhì)量。

圖1是本實(shí)用新型折射式紅外光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型折射式紅外光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線(xiàn)圖；圖3是本實(shí)用新型折射式紅外光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖。圖中前組透鏡群1整流罩2透鏡3透鏡4透鏡5透鏡6透鏡7透鏡 8杜瓦瓶窗口 9濾光片10冷光闌11探測(cè)器陣列12后組透鏡群13。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述圖1中，光學(xué)系統(tǒng)物方先由前組透鏡群1完成一次成像，然后再經(jīng)后組透鏡群13、 杜瓦瓶窗口 9、濾光片10、冷光闌11完成二次成像于探測(cè)器陣列12上。前組透鏡群1由整流罩2，正光焦度透鏡3和負(fù)光焦度透鏡4組成，整流罩2采用低成本的氟化鎂材料，透鏡 3和透鏡4采用彎月型透鏡，兩者均彎向像方。后組透鏡群13由四片透鏡組成，其中透鏡 5為正光焦度彎月型透鏡，彎向物方，其作用是使斜光束發(fā)生偏折，用以減小光學(xué)系統(tǒng)的直徑，透鏡6為雙凸型透鏡，透鏡7和透鏡8為彎向物方的彎月形透鏡，其中透鏡7為負(fù)光焦度透鏡，透鏡8為正光焦度透鏡。透鏡3和透鏡6采用了非球面，用以減小系統(tǒng)中的像差， 提高成像質(zhì)量。為了消除色差，透鏡組采用了鍺和硅兩種不同的光學(xué)材料，其中透鏡3、透鏡 5、透鏡6和透鏡8為硅材料，透鏡4和透鏡7為鍺材料。杜瓦瓶窗口 9為硅材料，濾光片10 為鍺材料。由于需要考慮100%的冷光闌效率，以保證探測(cè)器陣列具有良好的性能，將探測(cè)器的冷光闌11作為系統(tǒng)的孔徑光闌。利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件保證光學(xué)系統(tǒng)的入瞳在整流罩處， 并優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)以保證成像質(zhì)量，最終得到光學(xué)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。圖2中出示了本實(shí)用新型0°視場(chǎng)、4°視場(chǎng)、6°視場(chǎng)、9. 6°視場(chǎng)和20°視場(chǎng)對(duì)空間頻率為0 16線(xiàn)對(duì)/毫米的MTF曲線(xiàn)，所有視場(chǎng)下的MTF均大于0. 72，接近衍射極限。圖3中出示了本實(shí)用新型0°視場(chǎng)、4°視場(chǎng)、6°視場(chǎng)、9. 6°視場(chǎng)和20°視場(chǎng)的點(diǎn)列圖，彌散斑直徑的均方根值最大為11. 352 μ m，滿(mǎn)足一般探測(cè)器單個(gè)像元尺寸面積 301mX30ym 的要求。本系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如下工作波段3. 7 4. 8 μ m，視場(chǎng)角20 °，F(xiàn)數(shù)2，焦距 33. 5mm，入瞳位置距整流罩0. 016mm，基本與整流罩的位置重合，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。表1光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)
權(quán)利要求1.一種用于超音速制導(dǎo)的折射式紅外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)系統(tǒng)從物方至像方依次由前組透鏡群(1)、后組透鏡群(13)、杜瓦瓶窗口(9)、濾光片(10)、冷光闌(11) 和探測(cè)器陣列(12)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超音速制導(dǎo)的折射式紅外光學(xué)系統(tǒng)，其特征是， 所述的前組透鏡群(1)包括整流罩O)、正光焦度彎月型透鏡C3)和負(fù)光焦度彎月型透鏡 G)，所述的后組透鏡群(1 包括正光焦度彎月型透鏡(5)、雙凸型透鏡(6)、負(fù)光焦度彎月型透鏡(7)和正光焦度彎月型透鏡(8)；正光焦度彎月型透鏡C3)和雙凸型透鏡(6)采用了非球面設(shè)計(jì)；正光焦度彎月型透鏡C3)、正光焦度彎月型透鏡( 、雙凸型透鏡(6)和正光焦度彎月型透鏡(8)為硅材料，負(fù)光焦度彎月型透鏡(4)和負(fù)光焦度彎月型透鏡(7)為鍺材料。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于超音速制導(dǎo)的折射式紅外光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由整流罩，第一片正光焦度彎月透鏡，第二片負(fù)光焦度彎月透鏡，第三片正光焦度彎月透鏡，第四片雙凸透鏡，第五片負(fù)光焦度彎月透鏡，第六片正光焦度彎月透鏡，杜瓦瓶窗口，濾光片，冷光闌和探測(cè)器陣列組成。其特征是利用二次成像將入瞳位置設(shè)計(jì)在整流罩處，使不同視場(chǎng)的入射光從整流罩的同一位置進(jìn)入成像系統(tǒng)，于是光學(xué)系統(tǒng)在氣動(dòng)環(huán)境下不同視場(chǎng)的紅外背景干擾是相同的，減輕了氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)對(duì)像面均勻性的影響。同時(shí)，不同視場(chǎng)的入射光經(jīng)過(guò)整流罩表面的湍流混合層是相同的，因此減小了不同視場(chǎng)下由于混合層氣體密度梯度的變化導(dǎo)致的圖像畸變，提高了成像質(zhì)量。
文檔編號(hào)G02B27/00GK201945744SQ20102053590
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者康為民, 張建隆 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)