CN208459704U

CN208459704U - 一种机载激光测照器准直扩束接收光学系统

Info

Publication number: CN208459704U
Application number: CN201820855063.9U
Authority: CN
Inventors: 吴海清; 赵新亮; 李同海; 谈大伟
Original assignee: Cama Luoyang Measurement and Control Equipments Co Ltd
Current assignee: Cama Luoyang Measurement and Control Equipments Co Ltd
Priority date: 2018-06-04
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2019-02-01
Anticipated expiration: 2028-06-04

Abstract

本实用新型涉及激光制导设备领域，具体的说是一种用于机载激光照测器的光学系统。包括激光器、准直扩束发射单元、ADP接收探测器以及接收单元；准直扩束发射单元包括沿激光器所发射激光的行进方向依次同轴分布的平凹负透镜、第一双凹负透镜、第二弯月形正透镜以及第一弯月形正透镜，其中的平凹负透镜的平面朝向激光器的方向设置；接收单元包沿ADP接收探测器所接收激光的行进方向依次同轴分布的第一双凸正透镜、第三弯月形正透镜、第二双凹负透镜、1.064μm干涉滤光片、第二双凸正透镜以及弯月形负透镜。本实用新型具有压缩倍率大、透过率高的优点，可有效提高提高激光测照器的测距、照射距离。

Description

一种机载激光测照器准直扩束接收光学系统

技术领域

本实用新型涉及激光制导设备领域，具体的涉及一种用于机载激光照测器的光学系统。

背景技术

激光制导是利用目标漫反射特定编码和波长的激光回波信号，通过接收装置形成制导指令，导引导弹、炮弹或炸弹引向目标而实施精确打击的先进技术。激光制导技术是目前国内外导弹、炸弹和炮弹普遍采用的制导技术。

精准是激光制导武器的鲜明特点，由于激光的单色性好，光束的发散角小，故激光制导精度高，抗干扰能力强，所以，当激光制导武器攻击固定或活动目标时，有较高的目标命中率。高重复频率的激光可以进行编码发射和探测，使得不同的武器系统具有同时攻击不同目标的能力，因而使它具有了其他制导方式无法匹敌的优势。此外激光还可与红外、雷达、电视等实现复合制导，更有利于提高制导精度和应付各种复杂的战场环境，从而发挥全天候作战的优势。

机载激光测照器主要用于为各种激光制导武器提供目标测距、照射指示的作用。基本原理是激光测照器发射激光束照射目标，装于弹体上的激光接收装置则接收照射的激光信号或目标反射的激光信号，计算出弹体偏离反射激光束的程度，不断调整飞行轨迹，使战斗部沿着照射激光前进直至击中目标。现有技术中的机载激光测照器的光学系统中的激光发射单元存在扩束倍率低、激光散角大的问题，使激光测照器的测距、照射距离受限；激光接收单元普遍存在杂散光抑制的问题，降低了目标的回光接收率。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种大压缩倍率、高透过率的用于机载激光照测器的光学系统。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种用于机载激光照测器的光学系统，包括激光器、用于将激光器所发射激光经准直扩束后成为平行光线出射的准直扩束发射单元、ADP接收探测器以及用于将由目标反射的激光聚焦在ADP接收探测器感光面上的接收单元；准直扩束发射单元包括沿激光器所发射激光的行进方向依次同轴分布的平凹负透镜、第一双凹负透镜、第二弯月形正透镜以及第一弯月形正透镜，其中的平凹负透镜的平面朝向激光器的方向设置；接收单元包沿ADP接收探测器所接收激光的行进方向依次同轴分布的第一双凸正透镜、第三弯月形正透镜、第二双凹负透镜、1.064μm干涉滤光片、第二双凸正透镜以及弯月形负透镜。

优选的，准直扩束发射单元的入瞳直径为5mm，经过准直扩束后的出射透镜口径为50mm，扩束比为10:1。

优选的，平凹负透镜、第一双凹负透镜、第二弯月形正透镜、第一弯月形正透镜均采用石英玻璃材料制作。

优选的，第一弯月形正透镜满足以下条件：53≤f ₁≤68，Nd₁=1.46，Vd₁=67.7，其中的f ₁为第一弯月形正透镜的有效焦距、Nd₁为第一弯月形正透镜的透镜材料d线的折射率、Vd₁为第一弯月形正透镜的透镜材料的d线阿贝常数；第二弯月形正透镜满足以下条件：67≤f ₂≤72，Nd₂=1.46，Vd₂=67.7，其中f ₂为第二弯月形正透镜的有效焦距、Nd₂为第二弯月形正透镜的透镜材料d线的折射率、Vd₂为第二弯月形正透镜的透镜材料的d线阿贝常数；第一双凹负透镜满足以下条件：-60≤f ₃≤-55，Nd₃=1.46，Vd₃=67.7，其中f ₃为第一双凹负透镜的有效焦距、Nd₃为第一双凹负透镜的透镜材料d线的折射率、Vd₃为第一双凹负透镜的透镜材料的d线阿贝常数；平凹负透镜满足以下条件：-22≤f ₄≤-18，Nd₄=1.46，Vd₄=67.7，其中f ₄为平凹负透镜的有效焦距、Nd₄为平凹负透镜的透镜材料d线的折射率、Vd₄为平凹负透镜透镜材料的d线阿贝常；第一双凸正透镜满足以下条件：28.5≤f ₅≤31，Nd₅>1.70，Vd₅>30，其中f ₅为第一双凸正透镜的有效焦距、Nd₅为第一双凸正透镜的透镜材料d线的折射率、Vd₅为第一双凸正透镜的透镜材料的d线阿贝常数；第三弯月形正透镜满足以下条件：145≤f ₆≤152，Nd₆>1.70，Vd₆<30，其中f ₆为第三弯月形正透镜的有效焦距、Nd₆为第三弯月形正透镜的透镜材料d线的折射率、Vd₆为第三弯月形正透镜的透镜材料的d线阿贝常数；第二双凹负透镜满足以下条件：-9≤f ₇≤-6，Nd₇>1.70，Vd₇<30，其中f ₇为第二双凹负透镜的有效焦距、Nd₇为第二双凹负透镜的透镜材料d线的折射率、Vd₇为第二双凹负透镜的透镜材料的d线阿贝常数；第二双凸正透镜满足以下条件：10≤f ₉≤12，Nd₉>1.60，Vd₉>60，其中f ₉为第二双凸正透镜的有效焦距、Nd₉为第二双凸正透镜的透镜材料d线的折射率、Vd₉为第二双凸正透镜的透镜材料的d线阿贝常数；弯月形负透镜满足以下条件：-152.5≤f ₁₀≤-148.5，Nd₁₀>1.50，Vd₁₀<50，其中f ₁₀为弯月形负透镜的有效焦距、Nd₁₀为弯月形负透镜的透镜材料d线的折射率、Vd₁₀为弯月形负透镜的透镜材料的d线阿贝常数。

有益效果

本实用新型的准直扩束发射单元采用倒置的伽利略望远结构，通过各透镜光焦度的合理分配，使准直扩束发射单元的扩束倍率达到10倍，并将激光束散角压缩至原来的十分之一，有效减小了出射激光的发散角，从而提高激光测照器的测距、照射距离。

在接收单元中，进入到1.064μm干涉滤光片的回波激光被接收物镜变换为平行光，有效提高了杂散光抑制效果，同时，解决了非平行光路接收系统由于反射的回波激光带有一定角度通过窄带滤光片，对激光透过率造成的影响，从而提高了目标回光的接收效率。

波长为1.064μm的激光器，激光光束的原始束散角为3mrad，经过本实用新型的准直扩束发射单元倍率为10倍的准直扩束发射单元之后，出射光束的束散角不大于0.3mrad，提高了激光能量的集中度，有效增加了激光测照器测距及照射距离，满足机载设备对激光测照器测测距及照射距离远的基本要求。

附图说明

图1为本实用新型的准直扩束发射单元的光路图；

图2为本实用新型的接收单元的光路图；

图3为本实用新型的准直扩束发射单元的MTF图；

图4为本实用新型的准直扩束发射单元的光线像差曲线图；

图5为本实用新型的准直扩束发射单元的点列图；

图6为本实用新型的准直扩束发射单元的波像差图；

图7为本实用新型的准直扩束发射单元的包围能量图；

图8为本实用新型的准直扩束发射单元的点扩散函数图；

图9为本实用新型的接收单元的MTF图；

图10为本实用新型的接收单元的光线像差曲线；

图11为本实用新型的接收单元的点列图；

图12为本实用新型的接收单元的波像差图；

图13为本实用新型的接收单元的包围能量图；

图14为本实用新型的接收单元的点扩散函数图。

图中标记：1、第一弯月形正透镜，2、第二弯月形正透镜，3、第一双凹负透镜，4、平凹负透镜，5、第一双凸正透镜，6、第三弯月形正透镜，7、第二双凹负透镜，8、1.064μm干涉滤光片，9、第二双凸正透镜，10、弯月形负透镜，11、激光器，12、ADP接收探测器。

具体实施方式

如图1至图13所示，本实用新型的一种用于机载激光照测器的光学系统，包括激光器11、用于将激光器11所发射激光经准直扩束成平行光线出射的准直扩束发射单元、ADP接收探测器12以及用于将由目标反射的激光聚焦在ADP接收探测器12感光面上的接收单元。

准直扩束发射单元包括沿激光器11所发射激光的行进方向依次同轴分布的平凹负透镜4、第一双凹负透镜3、第二弯月形正透镜2以及第一弯月形正透镜1，其中的平凹负透镜4的平面朝向激光器11的方向设置。由激光器发射器所发出的光线，经过光焦度为负的平凹负透镜4、光焦度为负的第一双凹负透镜3、光焦度为正的第二弯月形正透镜2、光焦度为正的第一弯月形正透镜1之后成为平行光线出射。

接收单元包沿ADP接收探测器12所接收激光的行进方向依次同轴分布的第一双凸正透镜5、第三弯月形正透镜6、第二双凹负透镜7、1.064μm干涉滤光片8、第二双凸正透镜9以及弯月形负透镜10。由目标反射的激光，经过光焦度为正的第一双凸正透镜5、光焦度为正的第三弯月形正透镜6、光焦度为负的第二双凹负透镜7后成为平行光，再经过1.064μm干涉滤光片8、光焦度为正的第二双凸正透镜9、光焦度为负的弯月形负透镜10汇聚后聚焦在APD接收探测器的感光面上。

本实用新型的准直扩束发射单元的入瞳直径为5mm，经过准直扩束后的出射透镜口径为50mm，扩束比为10:1。平凹负透镜4、第一双凹负透镜3、第二弯月形正透镜2、第一弯月形正透镜1均采用石英玻璃材料制作。

第一弯月形正透镜1满足以下条件：53≤f ₁≤68，Nd₁=1.46，Vd₁=67.7，其中的f ₁为第一弯月形正透镜1的有效焦距、Nd₁为第一弯月形正透镜1的透镜材料d线的折射率、Vd₁为第一弯月形正透镜1的透镜材料的d线阿贝常数；第二弯月形正透镜2满足以下条件：67≤f ₂≤72，Nd₂=1.46，Vd₂=67.7，其中f ₂为第二弯月形正透镜2的有效焦距、Nd₂为第二弯月形正透镜2的透镜材料d线的折射率、Vd₂为第二弯月形正透镜2的透镜材料的d线阿贝常数；第一双凹负透镜3满足以下条件：-60≤f ₃≤-55，Nd₃=1.46，Vd₃=67.7，其中f ₃为第一双凹负透镜3的有效焦距、Nd₃为第一双凹负透镜3的透镜材料d线的折射率、Vd₃为第一双凹负透镜3的透镜材料的d线阿贝常数；平凹负透镜4满足以下条件：-22≤f ₄≤-18，Nd₄=1.46，Vd₄=67.7，其中f ₄为平凹负透镜4的有效焦距、Nd₄为平凹负透镜4的透镜材料d线的折射率、Vd₄为平凹负透镜4透镜材料的d线阿贝常；第一双凸正透镜5满足以下条件：28.5≤f ₅≤31，Nd₅>1.70，Vd₅>30，其中f ₅为第一双凸正透镜5的有效焦距、Nd₅为第一双凸正透镜5的透镜材料d线的折射率、Vd₅为第一双凸正透镜5的透镜材料的d线阿贝常数；第三弯月形正透镜6满足以下条件：145≤f ₆≤152，Nd₆>1.70，Vd₆<30，其中f ₆为第三弯月形正透镜6的有效焦距、Nd₆为第三弯月形正透镜6的透镜材料d线的折射率、Vd₆为第三弯月形正透镜6的透镜材料的d线阿贝常数；第二双凹负透镜7满足以下条件：-9≤f ₇≤-6，Nd₇>1.70，Vd₇<30，其中f ₇为第二双凹负透镜7的有效焦距、Nd₇为第二双凹负透镜7的透镜材料d线的折射率、Vd₇为第二双凹负透镜7的透镜材料的d线阿贝常数；第二双凸正透镜9满足以下条件：10≤f ₉≤12，Nd₉>1.60，Vd₉>60，其中f ₉为第二双凸正透镜9的有效焦距、Nd₉为第二双凸正透镜9的透镜材料d线的折射率、Vd₉为第二双凸正透镜9的透镜材料的d线阿贝常数；弯月形负透镜10满足以下条件：-152.5≤f ₁₀≤-148.5，Nd₁₀>1.50，Vd₁₀<50，其中f ₁₀为弯月形负透镜10的有效焦距、Nd₁₀为弯月形负透镜10的透镜材料d线的折射率、Vd₁₀为弯月形负透镜10的透镜材料的d线阿贝常数。

本实施例中，本实用新型的一种用于机载激光照测器的光学系统实现的技术指标为：有效波长：λ=1.064μm；准直扩束系统压缩倍率：10倍；接收系统视场：3mrad。

准直扩束发射单元中的各透镜参数如表1所示。

接收单元中的各透镜参数如表2所示。

图3为准直扩束发射单元的MTF图，MTF达到衍射极限，满足设计要求；图3为准直扩束发射单元的光线像差曲线图；图4为准直扩束发射单元的点列图；图5为准直扩束发射单元的波像差图，图中显示其峰谷值为0.15λ，满足瑞利判据所要求的小于λ/4的要求；图6为准直扩束发射单元的包围能量图，图中显示90%的能量集中在4μm范围内，满足设计要求；图7为准直扩束发射单元的点扩散函数图，图中显示理想的几何物点经过光学系统后其像点的能量集中，表明系统成像优良；图8为接收单元的MTF图，MTF达到衍射极限，满足设计要求；图9为接收单元的光线像差曲线；图10为接收单元的点列图；图11为接收单元的波像差图，图中显示其峰谷值为0.063λ，满足瑞利判据所要求的小于λ/4的要求；图12为接收单元的包围能量图，图中显示90%的能量集中在4μm范围内，满足设计要求；图13为接收单元的点扩散函数图，图中显示理想的几何物点经过光学系统后其像点的能量集中，表明系统成像优良。

Claims

1.一种机载激光测照器准直扩束接收光学系统，其特征在于：包括激光发射器（11）、用于将激光发射器（11）所发射激光经准直扩束成平行光线出射的准直扩束发射单元、ADP接收探测器（12）以及用于将由目标反射的激光聚焦在ADP接收探测器（12）感光面上的接收单元；准直扩束发射单元包括沿激光发射器（11）所发射激光的行进方向依次同轴分布的平凹负透镜（4）、第一双凹负透镜（3）、第二弯月形正透镜（2）以及第一弯月形正透镜（1），其中的平凹负透镜（4）的平面朝向激光发射器（11）的方向设置；接收单元包沿ADP接收探测器（12）所接收激光的行进方向依次同轴分布的第一双凸正透镜（5）、第三弯月形正透镜（6）、第二双凹负透镜（7）、1.064μm干涉滤光片（8）、第二双凸正透镜（9）以及弯月形负透镜（10）。

2.根据权利要求1所述的一种机载激光测照器准直扩束接收光学系统，其特征在于：准直扩束反射单元的入瞳直径为5mm，经过准直扩束后的出射透镜口径为50mm，扩束比为10:1。

3.根据权利要求1所述的一种机载激光测照器准直扩束接收光学系统，其特征在于：平凹负透镜（4）、第一双凹负透镜（3）、第二弯月形正透镜（2）、第一弯月形正透镜（1）、第一双凸正透镜（5）、第三弯月形正透镜（6）、第二双凹负透镜（7）、第二双凸正透镜（9）以及弯月形负透镜（10）均采用石英玻璃材料制作。

4.根据权利要求1所述的一种机载激光测照器准直扩束接收光学系统，其特征在于：第一弯月形正透镜（1）满足以下条件：53≤f ₁≤68，Nd₁=1.46，Vd₁=67.7，其中的f ₁为第一弯月形正透镜（1）的有效焦距、Nd₁为第一弯月形正透镜（1）的透镜材料d线的折射率、Vd₁为第一弯月形正透镜（1）的透镜材料的d线阿贝常数；第二弯月形正透镜（2）满足以下条件：67≤f ₂≤72，Nd₂=1.46，Vd₂=67.7，其中f ₂为第二弯月形正透镜（2）的有效焦距、Nd₂为第二弯月形正透镜（2）的透镜材料d线的折射率、Vd₂为第二弯月形正透镜（2）的透镜材料的d线阿贝常数；第一双凹负透镜（3）满足以下条件：-60≤f ₃≤-55，Nd₃=1.46，Vd₃=67.7，其中f ₃为第一双凹负透镜（3）的有效焦距、Nd₃为第一双凹负透镜（3）的透镜材料d线的折射率、Vd₃为第一双凹负透镜（3）的透镜材料的d线阿贝常数；平凹负透镜（4）满足以下条件：-22≤f ₄≤-18，Nd₄=1.46，Vd₄=67.7，其中f ₄为平凹负透镜（4）的有效焦距、Nd₄为平凹负透镜（4）的透镜材料d线的折射率、Vd₄为平凹负透镜（4）透镜材料的d线阿贝常；第一双凸正透镜（5）满足以下条件：28.5≤f ₅≤31，Nd₅>1.70，Vd₅>30，其中f ₅为第一双凸正透镜（5）的有效焦距、Nd₅为第一双凸正透镜（5）的透镜材料d线的折射率、Vd₅为第一双凸正透镜（5）的透镜材料的d线阿贝常数；第三弯月形正透镜（6）满足以下条件：145≤f ₆≤152，Nd₆>1.70，Vd₆<30，其中f ₆为第三弯月形正透镜（6）的有效焦距、Nd₆为第三弯月形正透镜（6）的透镜材料d线的折射率、Vd₆为第三弯月形正透镜（6）的透镜材料的d线阿贝常数；第二双凹负透镜（7）满足以下条件：-9≤f ₇≤-6，Nd₇>1.70，Vd₇<30，其中f ₇为第二双凹负透镜（7）的有效焦距、Nd₇为第二双凹负透镜（7）的透镜材料d线的折射率、Vd₇为第二双凹负透镜（7）的透镜材料的d线阿贝常数；第二双凸正透镜（9）满足以下条件：10≤f ₉≤12，Nd₉>1.60，Vd₉>60，其中f ₉为第二双凸正透镜（9）的有效焦距、Nd₉为第二双凸正透镜（9）的透镜材料d线的折射率、Vd₉为第二双凸正透镜（9）的透镜材料的d线阿贝常数；弯月形负透镜（10）满足以下条件：-152.5≤f ₁₀≤-148.5，Nd₁₀>1.50，Vd₁₀<50，其中f ₁₀为弯月形负透镜（10）的有效焦距、Nd₁₀为弯月形负透镜（10）的透镜材料d线的折射率、Vd₁₀为弯月形负透镜（10）的透镜材料的d线阿贝常数。