CN106610528A - 长波红外和短波红外复合准直光学系统 - Google Patents

长波红外和短波红外复合准直光学系统 Download PDF

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王健
黄剑波
刘建卓
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Abstract

一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统属于光学技术领域，解决了现有技术红外仿真系统的CRT场景产生器只能模拟一个红外辐射波段这一局限，该系统包括：第一光源、第二光源、第一透镜组、第二透镜组和半反半透镜；所述第一光源发出长波红外光，经过第一透镜组后成为平行光，通过半反半透镜投射出去；所述第二光源发出短波红外光，经过第二透镜组成为平行光，通过半反半透镜反射出去；两束准直后的平行光合成一束光，被外部探测器接收。本发明利用复合镜将8～12m波段和0.9～1.7μm波段的红外辐射复合，使红外CRT场景产生器能同时工作于两个红外波段，对远处真实目标和背景发出的两个波段红外辐射图像进行仿真模拟，提高了红外CRT场景产生器的仿真性能。

Description

长波红外和短波红外复合准直光学系统
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统。
背景技术
利用红外制导仿真系统，可以在实验室内对实战条件下的导弹性能进行模拟测试，大大缩短红外制导武器的研制时间，降低研究成本。在红外制导仿真系统中，红外场景产生器是一个非常关键的子系统。利用控制电路把目标和背景的图像信息加载到红外CRT(阴极射线管)上，使其发出带有一定信息的红外线辐射，通过适当的光学系统产生类似于真实目标和背景所发出的红外辐射信息，最后被导弹导引头接收。连接导引头的计算机可对取得的探测数据进行分析，从而修正和提高导引头性能。目前，由于红外CRT荧光粉的特性和红外材料的透射范围决定了红外CRT只能工作于近红外、中红外、短波红外或远红外波段之一，因而基于红外CRT的仿真系统只能模拟目标和背景所发出的一个波段内的红外辐射，其仿真性能受到了一定的限制。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，将8～12μm波段和0.9～1.7μm波段的红外辐射复合输出的红外双波段复合准直光学系统，以提高红外仿真系统的测评性能，特别是为双波段复合导引头的评估测试提供一个目标仿真平台。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，该系统包括：第一光源、第二光源、第一透镜组、第二透镜组和半反半透镜；所述第一光源发出长波红外光，经过第一透镜组后成为平行光，通过半反半透镜投射出去；所述第二光源发出短波红外光，经过第二透镜组成为平行光，通过半反半透镜反射出去；两束准直后的平行光合成一束光，被外部探测器接收。
本发明的有益效果是：本发明利用复合镜将8～12m波段和0.9～1.7μm波段的红外辐射复合，使红外CRT场景产生器能同时工作于两个红外波段，对远处真实目标和背景发出的两个波段红外辐射图像进行仿真模拟，提高了红外CRT场景产生器的仿真性能。
附图说明
图1本发明一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统结构示意图。
图中：1、第一CRT光源，2、第一透镜，3、第二透镜，4、第二CRT光源，5、第三透镜，6、第四透镜，7、第五透镜，8、复合镜，9、孔径光阑，10、前表面和12、后表面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，该系统包括：发射8～12μm波段红外辐射的第一CRT光源1、第一透镜2、第二透镜3、发射0.9～1.7μm波段红外辐射的第二CRT光源4、第三透镜5、第四透镜6、第五透镜7、复合镜8和孔径光阑(同时为光学系统的出瞳)9；第一CRT光源1、第一透镜2、第二透镜3、孔径光阑9在同一光轴上依次放置，第一CRT光源1位于第一透镜2和第二透镜3组成的透镜组的后焦点上，其发射的红外辐射由第一透镜2和第二透镜3组成的透镜组准直；第二CRT光源4、第三透镜5、第四透镜6、第五透镜7在同一光轴上依次放置，且此光轴与第一CRT光源1所在的光轴垂直，第二CRT光源4位于第三透镜5、第四透镜6和第五透镜7组成的透镜组的后焦点上，其发射的红外辐射由第三透镜5、第四透镜6和第五透镜7组成的透镜组准直；复合镜8置于第二透镜3和孔径光阑9之间第一CRT光源1所在光轴与第二CRT光源4所在光轴的交汇处，并且相对于第一CRT光源1所在光轴倾斜45°。
本发明工作时，第一CRT光源1发出8～12μm波段的红外辐射，经由第一透镜2，第二透镜3后被准直成为平行光；第二CRT光源4发出0.9～1.7μm波段的红外辐射，经由第三透镜5，第四透镜6和第五透镜7后被准直成为平行光；两束准直后的红外辐射通过复合镜8被合成为一束，在孔径光阑9处被导引头的探测器接收。
第一透镜2、第二透镜3及复合镜8选用能够工作于8～12μm波段的红外材料；第一透镜2和第二透镜3分别采用弯月形负透镜和正透镜以消除系统球差，第一透镜2的前、后表面以及第二透镜3的后表面采用球面，第二透镜3的前表面采用非球面基底的二元面，以消除残余球差和色差。第三透镜5、第四透镜6和第五透镜7采用能够工作于0.9～1.7μm波段的光学玻璃材料；第三透镜5为小光焦度弯凹形负透镜，作用是消除系统的场曲；第四透镜6和第五透镜7的类型分别为弯凹形负透镜和弯凹形正透镜；第三透镜5、第四透镜6和第五透镜7的表面都采用球面面型。复合镜8的前表面10镀膜后对8～12μm红外波段高透，后表面11镀膜后对0.9～1.7μm波段高反。出瞳9的位置及大小可以视仿真系统的尺寸和要求而定。
本发明的一个实施例如图1所示，系统设计选择的波段为8～12μm和0.9～1.7μm；两个物面的大小，即第一CRT光源1和第二CRT光源4显示屏对角线的长度，都为46mm；8～12μm和0.9～1.7μm两个波段对应的准直光路焦距都为340mm；出瞳9直径85mm，系统的出射半视场角为3.8°。第一透镜2的通光直径为76.2mm，焦距为-113.0mm，第一透镜2到第一CRT光源1的距离为140mm，到第二透镜3的距离73.2mm；第二透镜3的通光直径为147.6mm，焦距为158.0mm，距离复合镜8后表面11的中心90mm；第三透镜5的通光直径为81.6mm，焦距为-238.0mm，到第二CRT光源4的距离为141mm，到第四透镜6的距离为83.0mm；第四透镜6的通光直径为131.6mm，焦距为-74.2mm，到第五透镜7的距离为5.0mm；第五透镜7的通光直径为140.0mm，焦距为119.9mm，距离复合镜8前表面10的中心90mm。第一透镜2、第二透镜3和复合镜8的材料选用锗，第三透镜5和第五透镜7采用H-ZK9玻璃材料，第四透镜6采用H-K9L玻璃材料。复合镜8为平行平板，安装时使其表面法线与第一CRT光源的光轴方向成45°夹角。
第一CRT光源和第二CRT光源发出的辐射经过光学系统后被复合准直后输出，通过电路控制可以模拟远处目标和背景所发出的辐射，导弹的导引头在系统出瞳处接收复合光信号，得到的信息与实战情况相同。

Claims (9)

1.一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，其特征在于，该系统包括：第一光源、第二光源、第一透镜组、第二透镜组和半反半透镜；所述第一光源发出长波红外光，经过第一透镜组后成为平行光，通过半反半透镜投射出去；所述第二光源发出短波红外光，经过第二透镜组成为平行光，通过半反半透镜反射出去；两束准直后的平行光合成一束光，被外部探测器接收。
2.根据权利要求1所述的一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，其特征在于，第一光源和第一透镜组同轴设置，第一光源位于第一透镜组的后焦点上；第二光源和第二透镜组同轴设置，第二光源位于第二透镜组的后焦点上；第一透镜组的光轴与第二透镜组的光轴相互垂直；半反半透镜分别与两个光轴成45度夹角。
3.根据权利要求1或2所述的一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，其特征在于，所述第一光源是波长为8～12μm的长波红外光源；第二光源是波长为0.9～1.7μm的短波红外光源。
4.根据权利要求1或2所述的一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，其特征在于，所述第一透镜组包括：第一透镜和第二透镜；所述第一透镜和第二透镜分别采用弯月形负透镜和正透镜结构；第一透镜的前、后表面以及第二透镜的后表面采用球面，第二透镜的前表面采用非球面基底的二元面。
5.根据权利要求4所述的一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜的材料为锗。
6.根据权利要求1或2所述的一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，其特征在于，所述第二透镜组包括：第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第三透镜为弯凹形负透镜；第四透镜和第五透镜的分别为弯凹形负透镜和弯凹形正透镜；第三透镜、第四透镜和第五透镜的表面都采用球面面型。
7.根据权利要求6所述的一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，其特征在于，所述第三透镜和第五透镜的材料为H-ZK9玻璃；第四透镜的材料为H-K9L玻璃。
8.根据权利要求1或2所述的一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，其特征在于，所述半反半透镜接收长波红外光面镀长波红外光源高透膜，接收短波红外光面镀短波红外光源高反射膜。
9.根据权利要求1或2所述的一种长波红外和短波红外复合准直的光学系统，其特征在于，该系统还包括孔径光阑；所述孔径光阑设置在光学系统的出瞳处。
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