專利名稱：含非球面整流罩的雙視場紅外光學系統的制作方法
技術領域：
本范明屬于光學儀器技術領域，涉及一種含非球面整流罩的雙視場紅外光學系統，特別適用于搜索與跟蹤紅外焦平面成像。
背景技術：
紅外成像技術在現代偵查、救援中的作用日益突出。作為成像元件，推進器導引頭的光學整流罩在滿足光學探測系統像質要求的同時，還需滿足流體動力學低阻力的要求。 旋轉對稱非球面光學整流罩的外表面具有較尖的拱狀外形，更能滿足介質動力學性能要求。但是，當整流罩后面的光學系統對一定范圍的視場進行跟蹤掃描成像時，由于參與成像的整流罩面型是非球面的，給后續(xù)的光學系統引入各種像差，嚴重影響成像質量。與本發(fā)明最為接近的已有技術是專利CN. 200910236443. X，該光學系統只有單一視場，且系統長度較大、結構復雜，難以滿足推進器內部空間狹小的使用條件。為了克服上述缺點，特設計一種含非球面整流罩的雙視場紅外光學系統，可適于較大范圍的搜索視場)與較小范圍的跟蹤視場(10° )，系統結構簡單、長度短、運動部件單一，并在光圈數F為2. 0時獲得接近衍射極限的調制傳遞函數(MTF)值。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決非球面整流罩條件下，系統視場單一及結構復雜的問題，提出一種含非球面整流罩的雙視場紅外光學系統。本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現的。本發(fā)明的一種含非球面整流罩的雙視場紅外光學系統包括旋轉對稱非球面整流罩(1)、非球面校正鏡組O)、固定透鏡組(3)、移動透鏡組0)、冷光闌位置( 和探測器像面(6)；在光的傳播方向上，以上各光學元件依次按順序同軸排列。其中，旋轉對稱非球面整流罩(1)是有旋轉對稱軸的非球面，非球面校正鏡組(2) 用于校正像差，移動透鏡組(4)用于改變視場；旋轉對稱非球面整流罩(1)前端頂點沿光軸方向到探測器像面(6)的間距是系統長焦端焦距的4倍。本發(fā)明具體設計方法如下1.采用符合介質動力學的旋轉對稱非球面整流罩(1)，使用非球面鏡組( 進行像質補償。在減小介質阻力、提高運動范圍的同時，使成像質量接近衍射極限，且光圈數F 的值小于2.0。2.為了使系統在大的搜索視場和小的跟蹤視場兩種工作狀態(tài)下都可以清晰成像， 采用移動透鏡組(4)在不同的軸向位置分別參與光路成像，如圖2所示。在其他光學組件及后續(xù)成像系統不運動的狀態(tài)下，對一定目標進行大(a)、小視場(b)成像，結構簡單，視場可分別達到20°及10°。3.為了減小系統長度、滿足推進器內部空間狹小的使用條件，本發(fā)明在光學成像系統中使用了反攝遠結構，這種結構有效減小了后續(xù)成像元件總長，使系統體積緊湊，保持100%冷光闌效率，旋轉對稱非球面整流罩⑴前端頂點沿光軸方向到探測器像面(5)的間距是系統焦距的4倍。通過以上的設計方法，本發(fā)明的一種含非球面整流罩的雙視場紅外光學系統可適于20°范圍的搜索視場及10°范圍的跟蹤視場，系統結構簡單、長度短、運動部件單一，并在光圈數F為2. 0時獲得接近衍射極限的調制傳遞函數(MTF)值。本發(fā)明的工作原理無窮遠目標發(fā)射的紅外輻射依次經過旋轉對稱非球面整流罩 (1)、非球面校正鏡組O)、固定透鏡組(3)、移動透鏡組0)、冷光闌位置( 和探測器像面 (6)得到最后的像。有益效果本發(fā)明對比已有技術具有以下顯著優(yōu)點本發(fā)明采用了一種符合介質動力學的旋轉對稱非球面整流罩，并使用一種非球面校正鏡組進行像質補償。在減小介質阻力、提高運動范圍的同時，使成像質量接近衍射極限，且光圈數F的值小于2.0。含有雙視場成像結構， 在單一鏡組運動的條件下，進行較大范圍的視場搜索)及跟蹤(10° )。系統結構簡單、體積緊湊，達到100%冷光闌效率，旋轉對稱非球面整流罩(1)前端頂點沿光軸方向到探測器像面(5)的間距是系統焦距的4倍。特別適合于作為紅外導引頭應用于現代偵查、 救援等領域中。


圖1是本發(fā)明實施例的結構示意圖；圖2是不同視場下光線走向示意圖；圖3是已有技術的結構示意圖；圖中，1-旋轉對稱非球面整流罩、2-非球面校正鏡組、3-固定透鏡組、4-移動透鏡組、5-冷光闌位置、6-探測器像面。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例如圖1所示，本發(fā)明將主要應用于雙掃描視場紅外焦平面成像?？蓮V泛應用于現代偵查、救援等領域中。如圖1所示，本發(fā)明的一種含非球面整流罩的雙視場紅外光學系統，包括旋轉對稱非球面整流罩(1)、非球面校正鏡組O)、固定透鏡組(3)、移動透鏡組0)、冷光闌位置 (5)和探測器像面(6)；在光的傳播方向上，以上各光學元件依次按順序同軸排列。實施例中，無窮遠目標發(fā)射的紅外輻射依次經過以上各光學元件后照射到探測器元件上，得到最后的像。實施例中，旋轉對稱非球面整流罩(1)是有旋轉對稱軸的非球面，非球面校正鏡組(2)用于校正像差，移動透鏡組(4)用于改變視場；旋轉對稱非球面整流罩(1)前端頂點沿光軸方向到探測器像面(6)的間距是系統長焦端焦距的4倍。實施例中透鏡具體參數如表1所示。實施例中，采用的非球面整流罩符合流體動力學原理，使用非球面鏡組進行像質補償，采用單一移動鏡組步進變焦結構以及反攝遠成像結構，主要有如下優(yōu)點
1.在減小介質阻力、提高運動范圍的同時，使成像質量接近衍射極限，且光圈數F 的值小于2.0。2.移動透鏡組在不同軸向位置分別參與光路成像，在其他光學組件及后續(xù)成像系統不運動的狀態(tài)下，簡化系統結構，對一定目標進行搜索、跟蹤成像，視場可分別達到20° 及 10°。3.系統體積緊湊，達到100%冷光闌效率，旋轉對稱非球面整流罩(1)前端頂點延光軸方向到探測器像面(5)的間距是系統焦距的4倍。表1(單位:mm)
權利要求
1.一種含非球面整流罩的雙視場紅外光學系統，其特征在于包括旋轉對稱非球面整流罩(1)、非球面校正鏡組O)、固定透鏡組(3)、移動透鏡組0)、冷光闌位置( 和探測器像面(6)；在光的傳播方向上，以上各光學元件依次按順序同軸排列無窮遠目標發(fā)射的紅外輻射依次經過各光學元件后照射到探測器元件上，得到最后的像。
2.根據權利要求1所述的一種含非球面整流罩的雙視場紅外光學系統，其特征在于 旋轉對稱非球面整流罩(1)是有旋轉對稱軸的非球面，非球面校正鏡組(2)用于校正像差， 移動透鏡組(4)用于改變視場；旋轉對稱非球面整流罩(1)前端頂點沿光軸方向到探測器像面(6)的間距是系統長焦端焦距的4倍。
3.根據權利要求1所述的一種含非球面整流罩的雙視場紅外光學系統，其特征在于該系統的設計方法如下1)、采用符合介質動力學的旋轉對稱非球面整流罩(1)，使用非球面鏡組( 進行像質補償。在減小介質阻力、提高運動范圍的同時，使成像質量接近衍射極限，且光圈數F的值小于2. 0 ；2)、為了使系統在大的搜索視場和小的跟蹤視場兩種工作狀態(tài)下都可以清晰成像，采用移動透鏡組(4)在不同的軸向位置分別參與光路成像，如圖2所示。在其他光學組件及后續(xù)成像系統不運動的狀態(tài)下，對一定目標進行大(a)、小視場(b)成像，結構簡單，視場可分別達到20°及10° ；3)、為了減小系統長度、滿足推進器內部空間狹小的使用條件，本發(fā)明在光學成像系統中使用了反攝遠結構，這種結構有效減小了后續(xù)成像元件總長，使系統體積緊湊，保持 100%冷光闌效率，旋轉對稱非球面整流罩⑴前端頂點沿光軸方向到探測器像面(5)的間距是系統焦距的4倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及含非球面整流罩的紅外雙視場光學系統，屬于光學儀器技術領域。該系統包含旋轉對稱非球面整流罩、雙視場光學成像系統和兩組探測器像面。系統采用符合流體動力學的非球面特殊整流罩，流體動力學性能良好；利用步進變焦光學成像系統對跟蹤和搜索視場分別成像。本發(fā)明滿足介質動力學特性，系統成像質量好、重量輕、結構簡單、運動部件單一，可達到20°搜索視場及10°跟蹤視場，具備高防誤報警能力，高靈敏度，可廣泛應用于偵查、救援等領域。
文檔編號G02B27/00GK102269872SQ20111026286
公開日2011年12月7日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權日2011年9月7日
發(fā)明者宋大林, 常軍, 彭晴晴, 曹嬌, 溫耀, 王蕊瑞, 譚羽, 魏阿滿 申請人:北京理工大學