一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由反射式紅外光學(xué)系統(tǒng)和透射式可見光、激光光學(xué)系統(tǒng)組成，依次包括大口徑反射鏡、第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡。本發(fā)明通過采用反射式與透射式相結(jié)合的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，通過合理匹配透鏡的材料、半徑、距離和厚度等參數(shù)，可滿足紅外光學(xué)系統(tǒng)±0.5°的成像質(zhì)量要求和可見光、激光光學(xué)系統(tǒng)滿足±5.5°觀測范圍的要求，從而最終實(shí)現(xiàn)三光合一共口徑光學(xué)系統(tǒng)的性能要求。并且使整個(gè)系統(tǒng)裝置整體尺寸最小，從而滿足整個(gè)系統(tǒng)裝置的整體要求。
【專利說明】一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多目標(biāo)特性仿真領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)代戰(zhàn)場電磁環(huán)境日益復(fù)雜，對(duì)精確制導(dǎo)武器系統(tǒng)提出了新的技戰(zhàn)術(shù)要求，采用傳統(tǒng)的紅外、可見光和激光等單一制導(dǎo)模式的武器系統(tǒng)存在缺陷和使用局限性，難以在復(fù)雜戰(zhàn)場背景和強(qiáng)電磁干擾環(huán)境條件下快速、準(zhǔn)確地截獲跟蹤目標(biāo)，完成作戰(zhàn)使命，發(fā)展多頻譜或多體制復(fù)合尋的制導(dǎo)正日益成為提高各類精確制導(dǎo)武器命中概率的重要途徑。為了滿足對(duì)多頻譜多波段信息進(jìn)行探測要求，單一的光學(xué)成像系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足需求。一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)將可見光、激光、紅外三光集成在一套光學(xué)系統(tǒng)中，主要方式有兩種，一種是透射式(如圖2所示)，另一種是反射式(如圖3所示若采用透射式成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由于視場的要求，其鏡片的口徑會(huì)相對(duì)較大，并且能夠覆蓋可見光、激光、紅外的光學(xué)材料相對(duì)較少。若采用反射式成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可見光、激光光學(xué)系統(tǒng)的較大視場無法滿足，并且高反射率的可見光、激光、紅外膜系工藝復(fù)雜，這對(duì)鍍膜材料和鍍膜工藝都提出了很高的要求，目前鍍寬波段、高反射率的反射膜存在很大難度。因此，采用透射式和反射式相結(jié)合的成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其既能滿足不同光譜范圍內(nèi)對(duì)視場的要求，又能滿足不同光譜范圍內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)單純采用透射式或反射式無法滿足當(dāng)前新的技術(shù)要求的不足，提供了一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0005]為滿足測量視場、整體尺寸的要求，并且要能同時(shí)滿足可見、激光、紅外的光學(xué)材料。若單獨(dú)采用透射式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，那么整個(gè)系統(tǒng)的尺寸相對(duì)較大，并且能夠同時(shí)滿足可見、激光、紅外的光學(xué)材料較少，成本很高；若單獨(dú)采用反射式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中次鏡表面就要鍍同時(shí)能夠反射可見、激光、紅外的高反射膜。目前，鍍?cè)撃は祵?duì)材料和工藝都有較大的困難，并且一般反射式光學(xué)系統(tǒng)適合小視場光學(xué)系統(tǒng)，這樣就不能滿足可見、激光光學(xué)系統(tǒng)所要求的較大視場角；通過比較兩種光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，最終采用的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式是將透射式與反射式相結(jié)合的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中，可見、激光光學(xué)系統(tǒng)采用透射式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，紅外光學(xué)系統(tǒng)采用反射式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，兩套光學(xué)系統(tǒng)通過第三透鏡合成在一起，主要考慮兩套光學(xué)系統(tǒng)的尺寸匹配、成像質(zhì)量要求等。
[0006]為了滿足上述要求，本發(fā)明采用如下方案:
[0007]—種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)，依次包括大口徑反射鏡、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡，其中:
[0008]所述大口徑反射鏡為一片拋物面鏡，其表面鍍高反射率膜，反射光譜范圍為長波紅外范圍:8 4111?12 VIII，所述大口徑反射鏡有效口徑￠50111111?200臟；
[0009]所述第一透鏡為一片凸透鏡，其材料為氟化鈣，其表面鍍高透過率膜，透過光譜范圍為可見光范圍和激光:分別為0.4 VIII?0.76 VIII和1.064 VIII，所述第一透鏡的有效口徑
10臟?100臟，厚度為5臟?30臟；
[0010]所述第二透鏡為一片凹透鏡，其材料為氧化鉑，其表面鍍高透過率膜，透過光譜范圍為可見光范圍和激光:分別為0.4 VIII?0.76 VIII和1.06 VIII，第二透鏡有效口徑
10臟?100臟，厚度為1臟?20麵；
[0011]所述第三透鏡是一片非球面鏡，其材料為氟化鈣，其前鏡面鍍高透過率膜，透過光譜范圍為可見光范圍和激光，分別為0.4 VIII?0.76 VIII和1.06 VIII，所述第三透鏡的后鏡面鍍高反射率膜，反射光譜范圍為長波紅外范圍0 III?12 VIII，所述第三透鏡的有效口徑范圍為巾10麵?100臟，厚度為5麵?30麵；
[0012]所述的第一透鏡與第二透鏡之間的距離范圍為1臟?10臟，第二透鏡與第三透鏡之間的距離為1臟?20111111，第三透鏡與大口徑反射鏡之間的距離為范圍1111111?100111111。
[0013]所述大口徑反射鏡的基底材料選用融石英，厚度為7111111?251111110
[0014]所述大口徑反射鏡、第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡放置于一個(gè)機(jī)殼中，其整個(gè)外殼裝置采用鋁合金材料。
[0015]所述大口徑反射鏡其表面的高反射率膜，其反射率多0.98。
[0016]所述第一透鏡表面鍍的高透過率膜，其透過率多0.98。
[0017]所述第二透鏡表面鍍的高透過率膜，其透過率多0.98。
[0018]所述第三透鏡的前鏡面鍍的高透過率膜，其透過率多0.98 ；后鏡面鍍的高反射率膜，其反射率多0.98。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果:
[0020](1)本發(fā)明通過采用透射式和反射式相結(jié)合的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式、不僅能夠同時(shí)滿足紅外光學(xué)系統(tǒng)±0.5。的成像質(zhì)量要求還能滿足可見光、激光光學(xué)系統(tǒng)±5.5。觀測范圍內(nèi)的成像質(zhì)量要求，同時(shí)能夠滿足反射式和透射式兩套光學(xué)系統(tǒng)成像在同一焦平面上的要求，實(shí)現(xiàn)三光合一共口徑光學(xué)系統(tǒng)的性能要求。
[0021](2)本發(fā)明通過合理匹配透鏡的材料、半徑、距離和厚度等參數(shù)，能同時(shí)滿足可見光、激光、紅外光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的要求，并且能同時(shí)滿足不同視場下、不同波段范圍的成像質(zhì)量要求，并且使整個(gè)系統(tǒng)裝置整體尺寸最小，從而滿足整個(gè)系統(tǒng)裝置的整體要求。
[0022](3)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)性能為:光譜波段范圍:0.38 ?0.76 可見光)，
1.06 4111(激光?12 4111(紅外)；可見光、激光光學(xué)系統(tǒng)焦距:彡100臟，紅外光學(xué)系統(tǒng)焦距:彡300111111 ；視場范圍:±5? 5° (可見光、激光光學(xué)系統(tǒng))，±0.5。(紅外光學(xué)系統(tǒng))；中心視場成像質(zhì)量:彡0.4(504/111111)(可見光、激光光學(xué)系統(tǒng))，彡0.4(84/111111)(紅外光學(xué)系統(tǒng)
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]所包括的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步的理解，其構(gòu)成了說明書的一部分，用于例示本發(fā)明的實(shí)施例，并與文字描述一起來闡釋本發(fā)明的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為現(xiàn)有技術(shù)可見光、激光光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為現(xiàn)有技術(shù)紅外光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明一種可見光、激光光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)圖；
[0028]圖5為本發(fā)明一種紅外光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)圖。
[0029]附圖標(biāo)記說明:
[0030]1.大口徑反射鏡、2.第一透鏡、3.第二透鏡、4.第三透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。在下面的描述中，出于解釋而非限制性的目的，闡述了具體細(xì)節(jié)，以幫助全面地理解本發(fā)明。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，也可以在脫離了這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例中實(shí)踐本發(fā)明。
[0032]在此需要說明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的設(shè)備結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0033]下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0034]如圖1所不，一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)，依次包括大口徑反射鏡1、第一透鏡2、第二透鏡3、第三透鏡4，所述的大口徑反射鏡1是一片拋物面鏡，其表面鍍高反射率膜，如鍍金膜，其有效反射率多0.98。反射光譜范圍為長波紅外范圍?12 VIII，大口徑反射鏡有效口徑巾50111111?巾200111111，基底材料選用融石英，厚度為7111111?25111111 ；所述的第一透鏡2是一片凸透鏡，其材料選用氟化鎂，其表面鍍高透過率膜，如鍍高透過率介質(zhì)膜，其透過率彡0.98。透過光譜范圍為可見光范圍和激光:0.4 VIII?0.76 VIII和1.06^111，透鏡1有效口徑巾10111111?巾100111111，厚度為5111111?30111111 ；所述的第二透鏡3是一片凹透鏡，其材料選用氧化鉑，其表面鍍高透過率膜，如鍍高透過率介質(zhì)膜，其透過率多0.98。，透過光譜范圍為可見光范圍和激光:0.4 V III?0.76 V III和1.06 V III，第二透鏡3的有效口徑巾10111111?小100111111,厚度為1111111?20111111 ；所述第三透鏡4是一片非球面鏡，其材料選用氟化鎂，其前鏡面鍍高透過率膜，如鍍高透過率介質(zhì)膜，其透過率多0.98，透過光譜范圍為可見光范圍和激光:0.4 VIII?0.76 VIII和1.06 VIII，透鏡3的后鏡面邊緣鍍圓環(huán)形高反射率膜，圓環(huán)中心￠5111111?￠40111111鍍高透過率，如鍍金膜，其有效反射率多0.98，反射光譜范圍為長波紅外范圍?12發(fā)。透鏡3的有效口徑范圍為10111111?100臟，厚度為5111111?30111111 ；該成像光學(xué)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的是所述的第三透鏡4的前鏡面鍍?cè)鐾改ざ箸R面邊緣鍍?cè)龇茨?，從而通過第三透鏡4將紅外反射式光學(xué)系統(tǒng)與可見光、激光透射式光學(xué)系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來。并且保證第一透鏡2與第二透鏡3之間的距離為1臟?10臟，第二透鏡3與第三透鏡4之間的距離為1111111?20臟，第三透鏡4與大口徑反射鏡1之間的距離為1111111?100臟。
[0035]在實(shí)際應(yīng)用中，可以將所述大口徑反射鏡1、第一透鏡2第二透鏡3和第三透鏡4放置于一個(gè)機(jī)殼中，其整個(gè)外殼裝置采用鋁合金材料。
[0036]本發(fā)明的工作原理:可見光和激光經(jīng)過第一透鏡2、第二透鏡3、第三透鏡4成像在焦平面上，長波紅外光經(jīng)過大口徑反射鏡1和第三透鏡4的后鏡面成像在焦平面上，可見光、激光成像系統(tǒng)的焦平面與長波紅外光學(xué)系統(tǒng)的焦平面重合為同一面。
[0037]圖4是本發(fā)明一種可見光、激光光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)圖。如圖4所示，當(dāng)截止頻率在5011)/臟時(shí)，中心視場的光學(xué)傳遞函數(shù)…界)彡0.4，即該光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足整體技術(shù)指標(biāo)要求。
[0038]如圖5所示，當(dāng)截止頻率在8^/臟時(shí)，中心視場的光學(xué)傳遞函數(shù)(階?)彡0.4，即該光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足整體技術(shù)指標(biāo)要求。
[0039]本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)性能如下:
[0040]光譜波段范圍:0.38 VIII ?0.76 V 111(可見光)，1.06 V 111(激光)，8 V111 ?12 V 111(紅外)；可見光、激光光學(xué)系統(tǒng)焦距:多100111111,紅外光學(xué)系統(tǒng)焦距:多300111111 ；視場范圍:±5.5。(可見光、激光光學(xué)系統(tǒng))，±0? 5。(紅外光學(xué)系統(tǒng))；中心視場成像質(zhì)量:彡0.4(可見光、激光光學(xué)系統(tǒng))，彡0.4(紅外光學(xué)系統(tǒng))。
[0041]本發(fā)明的實(shí)施例的許多特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)該詳細(xì)描述是清楚的，因此所附權(quán)利要求旨在覆蓋這些實(shí)施例的落入其真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這些特征和優(yōu)點(diǎn)。此外，由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到很多修改和改變，因此不是要將本發(fā)明的實(shí)施例限于所例示和描述的精確結(jié)構(gòu)和操作，而是可以涵蓋落入其范圍內(nèi)的所有合適修改和等同物。
[0042]本發(fā)明未詳細(xì)說明部分為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于依次包括大口徑反射鏡(I)、第一透鏡(2)、第二透鏡(3)、第三透鏡(4)，其中: 所述大口徑反射鏡(I)為一片拋物面鏡，其表面鍍高反射率膜，反射光譜范圍為長波紅外范圍:8μπι?12μ--，所述大口徑反射鏡(I)有效口徑Φ 50mm?Φ 200mm ; 所述第一透鏡(2)為一片凸透鏡，其材料為氟化鈣，其表面鍍高透過率膜，透過光譜范圍為可見光范圍和激光:分別為0.4 μπι?0.76 μπι和1.064 μπι，所述第一透鏡(2)的有效口徑Φ 10mm?Φ 10Omm,厚度為5臟?30mm ; 所述第二透鏡(3)為一片凹透鏡，其材料為氧化鉑，其表面鍍高透過率膜，透過光譜范圍為可見光范圍和激光:分別為0.4 μπι?0.76 μπι和1.06 μm，第二透鏡(3)有效口徑Φ 10mm?Φ 10Omm,厚度為I臟?20mm ; 所述第三透鏡(4)是一片非球面鏡，其材料為氟化鈣，其前鏡面鍍高透過率膜，透過光譜范圍為可見光范圍和激光，分別為0.4 μπι?0.76 μπι和1.06 μm，所述第三透鏡(4)的后鏡面鍍高反射率膜，反射光譜范圍為長波紅外范圍:8ym?12ym，所述第三透鏡(4)的有效口徑范圍為Φ 1mm?Φ 100mm，厚度為5mm?30mm ; 所述的第一透鏡⑵與第二透鏡⑶之間的距離范圍為Imm?10mm，第二透鏡(3)與第三透鏡⑷之間的距離為Imm?20mm，第三透鏡(4)與大口徑反射鏡⑴之間的距離為范圍 Imm ?10Omnin
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述大口徑反射鏡的基底材料選用融石英，厚度為7mm?25mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述大口徑反射鏡(I)、第一透鏡(2)、第二透鏡(3)和第三透鏡(4)放置于一個(gè)機(jī)殼中，其整個(gè)外殼裝置采用銷合金材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述大口徑反射鏡(I)其表面的高反射率膜，其反射率多0.98。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡(2)表面鍍的高透過率膜，其透過率多0.98。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第二透鏡(3)表面鍍的高透過率膜，其透過率多0.98。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合成像模擬光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第三透鏡(4)的前鏡面鍍的高透過率膜，其透過率多0.98 ;后鏡面鍍的高反射率膜，其反射率多0.98。
【文檔編號(hào)】G02B1/11GK104503082SQ201410715206
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】任小婉, 張玉國, 孫紅勝 申請(qǐng)人:北京振興計(jì)量測試研究所