CN207164377U - 一种无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置，旨在提供一种成像质量高的制冷型导引头用光学装置。它包括从物侧到像侧方向依次间隔设置的整流罩、物镜组、中继组、探测器窗口以及探测器冷屏；所述物镜组包括第一物镜、第二物镜以及第三物镜；所述第一物镜、第二物镜以及第三物镜的光焦度分配依次为正、负、负的结构；所述中继组包括从物侧到像侧方向间隔设置的第一中继镜及第二中继镜；所述第一中继镜及第二中继镜的光焦度分配依次为正、正的结构；所述第一物镜、第二物镜以及第一中继镜朝向像侧的表面为非球面，所述第三物镜及第二中继镜朝向物侧的表面为非球面；所述第一物镜朝向物侧的表面为衍射面。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域，尤其是涉及一种无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置。
背景技术
在军事领域，高性能的导弹融合了机械、电子、光学等相关技术，是保证精确制导的关键，而导引头则是整个导弹的眼睛，可以完成对目标的搜索，识别和跟踪，并给出制导所需的信号，因此，导引头光学系统成像质量的好坏对导引头的探测能力起着至关重要的作用。
卡塞格林式导引头主要使用反射式光学系统，这种系统在工程化阶段存在诸多缺点，主要原因在于导引头内部空间紧凑，为了在尽量短的空间内放入镜头，前端会聚物镜通常会使用反射式系统，这种系统由主反射镜和次反射镜组成，焦距越短次反射镜就越大，次反射镜造成的遮挡也就越大；中心遮挡导致了光通量及MTF降低、次镜支撑校准困难、易受杂散辐射影响、安装误差灵敏度高、反射镜加工成本高等。
实用新型内容
本实用新型的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种成像质量高、制造工艺成熟、易于装调且无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置，其包括从物侧到像侧方向依次间隔设置的整流罩、物镜组、中继组、探测器窗口以及探测器冷屏；所述物镜组用于对目标场景实现一次成像，其包括从物侧到像侧方向间隔设置的第一物镜、第二物镜以及第三物镜；所述第一物镜、第二物镜以及第三物镜的光焦度分配依次为正、负、负的结构，第一物镜为凸面朝向物侧的弯月形正透镜，第二物镜为凸面朝向物侧的弯月形负透镜，第三物镜为凸面朝向物侧的弯月形负透镜；所述中继组用于对目标场景实现二次成像，其包括从物侧到像侧方向间隔设置的第一中继镜及第二中继镜；所述第一中继镜及第二中继镜的光焦度分配依次为正、正的结构，所述第一中继镜为凸面朝向像侧的弯月形正透镜，所述第二中继镜为凸面朝向物侧的弯月形正透镜；所述第一物镜、第二物镜以及第一中继镜朝向像侧的表面为非球面，所述第三物镜及第二中继镜朝向物侧的表面为非球面；所述第一物镜朝向物侧的表面为衍射面。
优选的是，所述第一物镜、第二物镜、第三物镜、第一中继镜及第二中继镜的非球面的面型参数式如下：
式中：
优选的是，所述第一物镜衍射面的衍射级数为一级，其中心波长为8.3um。
优选的是，所述整流罩采用硫化锌制成。
优选的是，所述第一物镜采用光学红外材料IG6制成。
优选的是，所述第二物镜采用锗单晶制成。
优选的是，所述第二物镜采用光学红外材料IG5制成。
优选的是，所述第一中继镜及第二中继镜均采用光学红外材料IG6制成。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
(1)本实用新型利用衍射光学元件的温度和色散特性，与绝大多数折射元件互补的特点，实现系统的无热化设计。本实用新型在保证易于加工、装调的前提下，去除传统导引头光线中心遮挡，提高成像质量，减小系统体积。
(2)本实用新型通过锗及硫系玻璃的材料搭配和利用衍射光学元件的温度和色散特性与绝大多数折射元件互补的特点，实现前端物镜在同样的长度下会聚光线的目的，在保证光学总长不变的条件下，利用透射式系统彻底克服中心遮挡的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型的示意图；
图2为本实用新型在20℃时的MTF；
图3为本实用新型在-45℃时的MTF；
图4为本实用新型在55℃时的MTF；
图5为本实用新型在20℃时的点列图；
图6为本实用新型在-45℃时的点列图；
图7为本实用新型在55℃时的点列图；
图8为本实用新型的场曲及畸变图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
该实施例是本实用新型应用于制冷型128×128像元30μm凝视型焦平面探测器的例子，探测器感光面积小于此探测器的均在本实用新型的适用范围内。
图1所示无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置，其包括从物侧0到像侧6方向依次间隔设置的整流罩1、物镜组2、中继组3、探测器窗口4以及探测器冷屏5；所述物镜组2用于对目标场景实现一次成像，其包括从物侧到像侧方向间隔设置的第一物镜21、第二物镜22以及第三物镜23；所述第一物镜21、第二物镜22以及第三物镜23的光焦度分配依次为正、负、负的结构，第一物镜21为凸面朝向物侧的弯月形正透镜，第二物镜22为凸面朝向物侧的弯月形负透镜，第三物镜23为凸面朝向物侧的弯月形负透镜；所述中继组3用于对目标场景实现二次成像，其包括从物侧到像侧方向间隔设置的第一中继镜31及第二中继镜32；所述第一中继镜31及第二中继镜32的光焦度分配依次为正、正的结构，所述第一中继镜31为凸面朝向像侧的弯月形正透镜，所述第二中继镜32为凸面朝向物侧的弯月形正透镜；所述第一物镜21、第二物镜22以及第一中继镜31朝向像侧的表面为非球面，所述第三物镜23及第二中继镜32朝向物侧的表面为非球面；所述第一物镜21朝向物侧的表面为衍射面。中继组3的作用是中继成像到像方位置，保证100％冷光阑效率。
本实施例中各构件的相关参数如下表：
| 表面序号 | 曲率半径(mm) | 间距(mm) | 材质 | 备注 |
| S1 | 83 | 4.0 | 硫化锌 | |
| S2 | 79 | 5.5 | ||
| S3 | 71.45 | 14.8 | IG6 | |
| S4 | 612.6 | 19.8 | ||
| S5 | 73.45 | 3.5 | 锗单晶 | |
| S6 | 49.52 | 6.0 | ||
| S7 | 36.0 | 4.7 | IG5 | |
| S8 | 22.8 | 25.8 | ||
| S9 | -15.1 | 4 | IG6 | |
| S10 | -10.2 | 4.5 | ||
| S11 | 7.95 | 3.8 | IG6 | |
| S12 | 8.35 | 5 |
表中，Sn代表各镜片的表面序号。曲率半径是指每个表面的曲率半径。间距是指两相邻表面的距离(与其后方表面的距离)，如表面S1的间距，即指表面S1至S2间的距离，其余相同。材质是指透镜所用的材料。
所述第一物镜21、第二物镜22、第三物镜23、第一中继镜31及第二中继镜32的非球面的面型参数式如下：
式中：y为离非球面光轴的径向距离，Z为对应的光轴方向的高度，c为顶点曲率半径，k为圆锥系数，A、B、C、D为对应多次项的系数，L代表余下的多次项。
具体数值如下表：
| 表面序号 | K | A | B | C | D |
| S4 | 0 | 6.1736043e-007 | -1.1487927e-010 | 2.0075681e-014 | -1.717131e-018 |
| S6 | 0 | 8.5903456e-006 | -5.1721189e-009 | -2.5820104e-011 | 2.695109e-014 |
| S7 | 0 | 3.9817266e-005 | -1.0704802e-007 | 2.9405334e-010 | -5.2214943e-013 |
| S10 | 0 | 1.4392571e-004 | -1.4437873e-005 | 6.0138203e-007 | -9.3997236e-009 |
| S11 | 0 | 4.4542967e-005 | -7.3934177e-006 | 1.8330766e-007 | -1.9291992e-009 |
所述第一物镜21衍射面的具体参数如下表：
| 表面序号 | 衍射级次 | 中心波长 | C1 | C2 | C3 | C4 |
| S4 | 1 | 8.3um | -212.183316 | 23.926416 | 2.36446 | -1.69158 |
其中，C1，C2，C3，C4分别为衍射面2次项、4次项、6次项、8次项系数。
本实施例的光学性能参数值见下表：
上表中包括有效焦距、F数、视场角；
本实施例采用4个非球面及1个衍射面就达到了良好的成像质量。其测试结果如图2-8所示，从图形曲线可以看出其长焦端的MTF、场曲、畸变及弥散斑均方根值均达到使用要求。
实施例二
该实施例是本实用新型应用于制冷型256×256像元15μm凝视型焦平面探测器的例子，除以下所列参数与实施例一不同外，其余参数及功能均与实施例一相同。
| 表面序号 | 曲率半径(mm) | 间距(mm) | 材质 | 备注 |
| S1 | 83 | 4.0 | 硫化锌 | |
| S2 | 79 | 5.5 | ||
| S3 | 75.57 | 12 | IG6 | |
| S4 | -1.538e+4 | 19.48 | ||
| S5 | 81.82 | 3.57 | 锗单晶 | |
| S6 | 50.14 | 5.89 | ||
| S7 | 44.32 | 3.944 | IG5 | |
| S8 | 28.54 | 29.76 | ||
| S9 | -7.75 | 3.87 | IG6 | |
| S10 | -7.62 | 4.5 | ||
| S11 | 12.01 | 3.868 | IG6 | |
| S12 | 16.53 | 5 |
表中，Sn代表各镜片的表面序号。曲率半径是指每个表面的曲率半径。间距是指两相邻表面的距离(与其后方表面的距离)，如表面S1的间距，即指表面S1至S2间的距离，其余相同。材质是指透镜所用的材料。
所述第一物镜21、第二物镜22、第三物镜23、第一中继镜31及第二中继镜32的非球面的面型参数式如下：
式中：y为离非球面光轴的径向距离，Z为对应的光轴方向的高度，c为顶点曲率半径，k为圆锥系数，A、B、C、D为对应多次项的系数，L代表余下的多次项。
具体数值如下表：
所述第一物镜21衍射面的具体参数如下表：
其中，C1，C2，C3，C4分别为衍射面2次项、4次项、6次项、8次项系数。
本实施例的光学性能参数值见下表：
实施例三
该实施例是本实用新型应用于焦距180mm，制冷型128×128像元30μm凝视型焦平面探测器的例子，除以下所列参数与实施例一不同外，其余参数及功能均与实施例一相同。
| 表面序号 | 曲率半径(mm) | 间距(mm) | 玻璃材料 | 备注 |
| S1 | 66 | 4.0 | 硫化锌 | |
| S2 | 62 | 5.5 | ||
| S3 | 75.54 | 11.2 | IG6 | |
| S4 | -1720.16 | 18.21 | ||
| S5 | 73.21 | 3.50 | 锗单晶 | |
| S6 | 53.09 | 5.92 | ||
| S7 | 33.06 | 4.366 | IG5 | |
| S8 | 28.09 | 15.53 | ||
| S9 | -5.23 | 3.63 | IG6 | |
| S10 | -6.48 | 1.08 | ||
| S11 | 7.94 | 3.82 | IG6 | |
| S12 | 16.9 | 1.61 |
表中，Sn代表各镜片的表面序号。曲率半径是指每个表面的曲率半径。间距是指两相邻表面的距离(与其后方表面的距离)，如表面S1的间距，即指表面S1至S2间的距离，其余相同。材质是指透镜所用的材料。
所述第一物镜21、第二物镜22、第三物镜23、第一中继镜31及第二中继镜32的非球面的面型参数式如下：
式中：y为离非球面光轴的径向距离，Z为对应的光轴方向的高度，c为顶点曲率半径，k为圆锥系数，A、B、C、D为对应多次项的系数，L代表余下的多次项。
具体数值如下表：
| 表面序号 | K | A | B | C | D |
| S4 | 0 | 7.923587e-007 | -1.712053e-010 | 3.045452e-14 | -3.19139e-018 |
| S6 | 0 | 1.317673e-005 | 1.266889e-008 | -3.31529e-011 | -1.13396e-014 |
| S7 | 0 | 6.563416e-005 | -9.769396e-008 | 3.791548e-010 | -3.20306e-013 |
| S10 | 0 | 3.849532e-005 | -4.116019e-005 | 2.710485e-006 | -6.65717e-008 |
| S11 | 0 | -3.049894e-004 | -2.095594e-006 | 1.599236e-007 | -3.70316e-009 |
所述第一物镜21衍射面的具体参数如下表：
| 表面序号 | 衍射级次 | 中心波长 | C1 | C2 | C3 | C4 |
| S4 | 1 | 8.3um | -237.806 | 28.178921 | -17.253262 | 7.248831 |
其中，C1，C2，C3，C4分别为衍射面2次项、4次项、6次项、8次项系数。
本实施例的光学性能参数值见下表：
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置，其特征在于包括从物侧到像侧方向依次间隔设置的整流罩、物镜组、中继组、探测器窗口以及探测器冷屏；所述物镜组用于对目标场景实现一次成像，其包括从物侧到像侧方向间隔设置的第一物镜、第二物镜以及第三物镜；所述第一物镜、第二物镜以及第三物镜的光焦度分配依次为正、负、负的结构，第一物镜为凸面朝向物侧的弯月形正透镜，第二物镜为凸面朝向物侧的弯月形负透镜，第三物镜为凸面朝向物侧的弯月形负透镜；所述中继组用于对目标场景实现二次成像，其包括从物侧到像侧方向间隔设置的第一中继镜及第二中继镜；所述第一中继镜及第二中继镜的光焦度分配依次为正、正的结构，所述第一中继镜为凸面朝向像侧的弯月形正透镜，所述第二中继镜为凸面朝向物侧的弯月形正透镜；所述第一物镜、第二物镜以及第一中继镜朝向像侧的表面为非球面，所述第三物镜及第二中继镜朝向物侧的表面为非球面；所述第一物镜朝向物侧的表面为衍射面。
2.根据权利要求1所述无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置，其特征在于：所述第一物镜、第二物镜、第三物镜、第一中继镜及第二中继镜的非球面的面型参数式如下：
式中：y为离非球面光轴的径向距离，Z为对应的光轴方向的高度，c为顶点曲率半径，k为圆锥系数，A、B、C、D为对应多次项的系数，L代表余下的多次项。
3.根据权利要求1或2所述无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置，其特征在于：所述第一物镜衍射面的衍射级数为一级，其中心波长为8.3um。
4.根据权利要求1或2所述无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置，其特征在于：所述整流罩采用硫化锌制成。
5.根据权利要求1或2所述无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置，其特征在于：所述第一物镜采用光学红外材料IG6制成。
6.根据权利要求1或2所述无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置，其特征在于：所述第二物镜采用锗单晶制成。
7.根据权利要求1或2所述无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置，其特征在于：所述第二物镜采用光学红外材料IG5制成。
8.根据权利要求1或2所述无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置，其特征在于：所述第一中继镜及第二中继镜均采用光学红外材料IG6制成。
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|---|---|---|---|
| CN201721068068.9U CN207164377U (zh) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | 一种无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721068068.9U CN207164377U (zh) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | 一种无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207164377U true CN207164377U (zh) | 2018-03-30 |
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| CN201721068068.9U Active CN207164377U (zh) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | 一种无中心遮挡的制冷型导引头用光学装置 |
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| CN (1) | CN207164377U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109254392A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-22 | 哈尔滨新光光电科技有限公司 | 一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统 |
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2017
- 2017-08-24 CN CN201721068068.9U patent/CN207164377U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109254392A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-22 | 哈尔滨新光光电科技有限公司 | 一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统 |
| CN109254392B (zh) * | 2018-08-22 | 2019-06-14 | 哈尔滨新光光电科技有限公司 | 一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统 |
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