CN102298212A - 含非球面整流罩的红外双波长扫描光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及含非球面整流罩的红外双波长扫描光学系统，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、双波长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；利用双波长光学成像系统对中波红外和长波红外分别成像。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，可达到60°以上扫描视场，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

含非球面整流罩的红外双波长扫描光学系统

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红外双波长扫描光学系统，特别适用于中波、长波双焦平面成像。

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5°-10°视场，且只能进行单一波长谱段，难以满足推进器在侦查、救援等领域要求低误报警率、高灵敏度的使用条件。

为了克服上述缺点，特设计一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学系统，可适于较大范围的扫描视场(大于40°)，系统结构简单，并可同时进行中、长波成像，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，系统单一波长红外成像及视场较小的问题，提出一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学系统。

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红外双波长扫描光学系统包括：旋转对称非球面整流罩(1)，非球面校正板(2)，万向节位置(5)，球面光学透镜组(4)，制冷中波红外焦平面探测器像面(5)以及长波红外非球面校正镜(6)、球面光学透镜组(7)、长波红外焦平面探测器像面(8)；在光的传播方向上，以上各光学元件依次按图1顺序排放；无穷远目标发射的中、长波红外辐射依次经过各光学元件后照射到对应探测器元件上，得到最后的像。

其中，旋转对称非球面整流罩(1)是有旋转对称轴的非球面，非球面校正板(2)用于校正像差，万向节(5)可进行大范围视场扫描，长波红外非球面校正镜(6)可矫正系统长波像差；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(8)的间距是系统焦距的5.8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)，使用非球面校正板(2)、长波红外非球面校正镜(6)进行像质补偿。在减小介质阻力、提高运动范围的同时，使中波、长波红外成像质量同时接近衍射极限，且光圈数F的值小于2.0；

2.为了使系统在大的跟踪视场的目标能成像在探测器像面上，采用万向节(5)对定目标视场范围进行光机扫描。如图2所示，(a)(b)(c)分别对应0°、10°、20°关联视场，结构简单。系统扫描视场可达到40°，瞬时视场可达到4°；

3.为了降低误报警率，提高探测灵敏度，本发明在后续光学成像系统中使用了非球面校正板(2)、长波红外非球面校正镜(6)，这种结构有效矫正了系统色差，使系统体积紧凑，中波探测达到100％冷光阑效率，且中波、长波红外成像质量同时接近衍射极限。

通过以上的设计方法，本发明的一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学系统可适于大于40°范围的扫描视场，系统结构简单，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：无穷远目标发射的中、长波红外辐射依次经过旋转对称非球面整流罩(1)，非球面校正板(2)，万向节位置(5)，球面光学透镜组(4)，制冷中波红外焦平面探测器像面(5)以及长波红外非球面校正镜(6)、球面光学透镜组(7)、长波红外焦平面探测器像面(8)照射到对应探测器元件上，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板及长波非球面校正镜进行像质补偿。在减小介质阻力、提高运动范围的同时，对中、长波红外目标成像，且使成像质量接近衍射极限，光圈数F值小于2.0，并能够进行较大范围的视场扫描(大于40°)。系统结构简单，中波探测达到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(8)的间距是系统焦距的5.8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是不同旋转角度的万向节系统扫描方向示意图；

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-非球面校正板，3-万向节位置，4-球面光学透镜组，5-制冷中波红外焦平面探测器像面，6-以及长波红外非球面校正镜，7-球面光学透镜组，8-长波红外焦平面探测器像面。

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大扫描视场红外双波段焦平面成像。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大视场扫描红外光学系统，包括旋转对称非球面整流罩(1)，非球面校正板(2)，万向节位置(5)，球面光学透镜组(4)，制冷中波红外焦平面探测器像面(5)、长波红外非球面校正镜(6)、球面光学透镜组(7)、长波红外焦平面探测器像面(8)；在光的传播方向上，以上各光学元件依次按图1顺序排放。

实施例中，无穷远目标发射的中、长波红外辐射依次经过各光学元件后照射到对应探测器元件上，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，非球面校正板(2)用于校正像差，万向节(5)可进行大范围视场扫描，长波红外非球面校正镜(6)可矫正系统长波像差；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(8)的间距是系统焦距的5.8倍。

实施例中系统面型具体参数如表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，使用非球面校正板及长波非球面校正镜进行像质补偿，采用万向节光机扫描成像结构，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.后续光学成像系统中使用了非球面校正板、长波红外非球面校正镜，这种结构有效矫正了系统色差，使系统体积紧凑，降低误报警率，提高探测灵敏度。

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(10)的间距是系统焦距的5.8倍。

表1(单位：mm)

Claims (3)

1.一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学系统，其特征在于：包括旋转对称非球面整流罩(1)，非球面校正板(2)，万向节位置(5)，球面光学透镜组(4)，制冷中波红外焦平面探测器像面(5)、长波红外非球面校正镜(6)、球面光学透镜组(7)、长波红外焦平面探测器像面(8)；在光的传播方向上，以上各光学元件依次按图1顺序排放；无穷远目标发射的中、长波红外辐射依次经过各光学元件后照射到对应探测器元件上，得到最后的像。

2.根据权利要求1所述的一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学系统，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，非球面校正板(2)用于校正像差，万向节(5)可进行大范围视场扫描，长波红外非球面校正镜(6)可矫正系统长波像差；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(8)的间距是系统焦距的5.8倍。

3.根据权利要求1所述的一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学系统，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)，使用非球面校正板(2)、长波红外非球面校正镜(6)进行像质补偿。在减小介质阻力、提高运动范围的同时，使中波、长波红外成像质量同时接近衍射极限，且光圈数F的值小于2.0；

2)、为了使系统在大的跟踪视场的目标能成像在探测器像面上，采用万向节(5)对定目标视场范围进行光机扫描。如图2所示，(a)(b)(c)分别对应0°、10°、20°关联视场，结构简单。系统扫描视场可达到40°，瞬时视场可达到4°；

3)、为了降低误报警率，提高探测灵敏度，本发明在后续光学成像系统中使用了非球面校正板(2)、长波红外非球面校正镜(6)，这种结构有效矫正了系统色差，使系统体积紧凑，中波探测达到100％冷光阑效率，且中波、长波红外成像质量同时接近衍射极限。

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