CN102269872B - 含非球面整流罩的双视场红外光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及含非球面整流罩的红外双视场光学系统，属于光学仪器技术领域。该系统包含旋转对称非球面整流罩、双视场光学成像系统和两组探测器像面。系统采用符合流体动力学的非球面特殊整流罩，流体动力学性能良好；利用步进变焦光学成像系统对跟踪和搜索视场分别成像。本发明满足介质动力学特性，系统成像质量好、重量轻、结构简单、运动部件单一，可达到20°搜索视场及10°跟踪视场，具备高防误报警能力，高灵敏度，可广泛应用于侦查、救援等领域。

Description

含非球面整流罩的双视场红外光学系统

技术领域

本范明属于光学仪器技术领域，涉及一种含非球面整流罩的双视场红外光学系统，特别适用于搜索与跟踪红外焦平面成像。

背景技术

红外成像技术在现代侦查、救援中的作用日益突出。作为成像元件，推进器导引头的光学整流罩在满足光学探测系统像质要求的同时，还需满足流体动力学低阻力的要求。旋转对称非球面光学整流罩的外表面具有较尖的拱状外形，更能满足介质动力学性能要求。但是，当整流罩后面的光学系统对一定范围的视场进行跟踪扫描成像时，由于参与成像的整流罩面型是非球面的，给后续的光学系统引入各种像差，严重影响成像质量。

与本发明最为接近的已有技术是专利CN.200910236443.X，该光学系统只有单一视场，且系统长度较大、结构复杂，难以满足推进器内部空间狭小的使用条件。

为了克服上述缺点，特设计一种含非球面整流罩的双视场红外光学系统，可适于较大范围的搜索视场(20°)与较小范围的跟踪视场(10°)，系统结构简单、长度短、运动部件单一，并在光圈数F为2.0时获得接近衍射极限的调制传递函数(MTF)值。

发明内容

本发明的目的是解决非球面整流罩条件下，系统视场单一及结构复杂的问题，提出一种含非球面整流罩的双视场红外光学系统。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种含非球面整流罩的双视场红外光学系统包括：旋转对称非球面整流罩(1)、非球面校正镜组(2)、固定透镜组(3)、移动透镜组(4)、冷光阑位置(5)和探测器像面(6)；在光的传播方向上，以上各光学元件依次按顺序同轴排列。

其中，旋转对称非球面整流罩(1)是有旋转对称轴的非球面，非球面校正镜组(2)用于校正像差，移动透镜组(4)用于改变视场；旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点沿光轴方向到探测器像面(6)的间距是系统长焦端焦距的4倍。

本发明具体设计方法如下：

1.采用符合介质动力学的旋转对称非球面整流罩(1)，使用非球面镜组(2)进行像质补偿。在减小介质阻力、提高运动范围的同时，使成像质量接近衍射极限，且光圈数F的值小于2.0。

2.为了使系统在大的搜索视场和小的跟踪视场两种工作状态下都可以清晰成像，采用移动透镜组(4)在不同的轴向位置分别参与光路成像，如图2所示。在其他光学组件及后续成像系统不运动的状态下，对一定目标进行大(a)、小视场(b)成像，结构简单，视场可分别达到20°及10°。

3.为了减小系统长度、满足推进器内部空间狭小的使用条件，本发明在光学成像系统中使用了反摄远结构，这种结构有效减小了后续成像元件总长，使系统体积紧凑，保持100％冷光阑效率，旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点沿光轴方向到探测器像面(5)的间距是系统焦距的4倍。

通过以上的设计方法，本发明的一种含非球面整流罩的双视场红外光学系统可适于20°范围的搜索视场及10°范围的跟踪视场，系统结构简单、长度短、运动部件单一，并在光圈数F为2.0时获得接近衍射极限的调制传递函数(MTF)值。

本发明的工作原理：无穷远目标发射的红外辐射依次经过旋转对称非球面整流罩(1)、非球面校正镜组(2)、固定透镜组(3)、移动透镜组(4)、冷光阑位置(5)和探测器像面(6)得到最后的像。

有益效果

本发明对比已有技术具有以下显著优点：本发明采用了一种符合介质动力学的旋转对称非球面整流罩，并使用一种非球面校正镜组进行像质补偿。在减小介质阻力、提高运动范围的同时，使成像质量接近衍射极限，且光圈数F的值小于2.0。含有双视场成像结构，在单一镜组运动的条件下，进行较大范围的视场搜索(20°)及跟踪(10°)。系统结构简单、体积紧凑，达到100％冷光阑效率，旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点沿光轴方向到探测器像面(5)的间距是系统焦距的4倍。特别适合于作为红外导引头应用于现代侦查、救援等领域中。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是不同视场下光线走向示意图；

图3是已有技术的结构示意图；

图中，1-旋转对称非球面整流罩、2-非球面校正镜组、3-固定透镜组、4-移动透镜组、5-冷光阑位置、6-探测器像面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例如图1所示，本发明将主要应用于双扫描视场红外焦平面成像。可广泛应用于现代侦查、救援等领域中。

如图1所示，本发明的一种含非球面整流罩的双视场红外光学系统，包括旋转对称非球面整流罩(1)、非球面校正镜组(2)、固定透镜组(3)、移动透镜组(4)、冷光阑位置(5)和探测器像面(6)；在光的传播方向上，以上各光学元件依次按顺序同轴排列。

实施例中，无穷远目标发射的红外辐射依次经过以上各光学元件后照射到探测器元件上，得到最后的像。

实施例中，旋转对称非球面整流罩(1)是有旋转对称轴的非球面，非球面校正镜组(2)用于校正像差，移动透镜组(4)用于改变视场；旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点沿光轴方向到探测器像面(6)的间距是系统长焦端焦距的4倍。

实施例中透镜具体参数如表1所示。

实施例中，采用的非球面整流罩符合流体动力学原理，使用非球面镜组进行像质补偿，采用单一移动镜组步进变焦结构以及反摄远成像结构，主要有如下优点：

1.在减小介质阻力、提高运动范围的同时，使成像质量接近衍射极限，且光圈数F的值小于2.0。

2.移动透镜组在不同轴向位置分别参与光路成像，在其他光学组件及后续成像系统不运动的状态下，简化系统结构，对一定目标进行搜索、跟踪成像，视场可分别达到20°及10°。

3.系统体积紧凑，达到100％冷光阑效率，旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点延光轴方向到探测器像面(5)的间距是系统焦距的4倍。

表1(单位：mm)

Claims (3)

1.一种含非球面整流罩的双视场红外光学系统，其特征在于：包括旋转对称非球面整流罩(1)、非球面校正镜组(2)、固定透镜组(3)、移动透镜组(4)、冷光阑位置(5)和探测器像面(6)；在光的传播方向上，以上各光学元件依次按顺序同轴排列；无穷远目标发射的红外辐射依次经过各光学元件后照射到探测器元件上，得到最后的像；通过移动移动透镜组(4)在不同的轴向位置分别参与光路成像来实现变焦，从而达到双视场。

2.根据权利要求1所述的一种含非球面整流罩的双视场红外光学系统，其特征在于：旋转对称非球面整流罩(1)是有旋转对称轴的非球面，非球面校正镜组(2)用于校正像差，移动透镜组(4)用于改变视场；旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点沿光轴方向到探测器像面(6)的间距是系统长焦端焦距的4倍。

3.根据权利要求1所述的一种含非球面整流罩的双视场红外光学系统，其特征在于该系统的设计方法如下：

1)、采用符合介质动力学的旋转对称非球面整流罩(1)，使用非球面镜组(2)进行像质补偿；在减小介质阻力、提高运动范围的同时，使成像质量接近衍射极限，且光圈数F的值小于2.0；

2)、为了使系统在大的搜索视场和小的跟踪视场两种工作状态下都可以清晰成像，采用移动透镜组(4)在不同的轴向位置分别参与光路成像；在其他光学组件及后续成像系统不运动的状态下，对一定目标进行大(a)、小视场(b)成像，结构简单，视场可分别达到20°及10°；

3)、为了减小系统长度、满足推进器内部空间狭小的使用条件，在光学成像系统中使用了反摄远结构，这种结构有效减小了后续成像元件总长，使系统体积紧凑，保持100％冷光阑效率，旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点沿光轴方向到探测器像面(5)的间距是系统焦距的4倍。

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