CN209446886U - 一种可见光、长波红外同轴共口径复合光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于复合成像领域，特别是一种可见光、长波红外同轴共口径复合光学系统，该系统可应用于可见光、红外双模复合制导领域。所述系统包括沿光轴方向由物方向像方依次设置的球罩、可见光光学系统和红外光学系统，其中，所述球罩材料为硫化锌，既可透射可见光波段，又可透射红外波段。可见光光学系统嵌入红外光学系统的第一片透镜中。可见光系统与红外光学系统各自成像互不干扰，两光轴均过球心，旋转对光学系统无影响，在满足光学指标的同时，减小了体积，装调简单，成本低，有效降低装调难度。

Description

一种可见光、长波红外同轴共口径复合光学系统

技术领域

本实用新型属于复合成像领域，特别是一种可见光、长波红外同轴共口径复合光学系统，该系统可应用于可见光、红外双模复合制导领域。

背景技术

不同波段的图像其获取方式、适宜的天候条件、所反映的对象特性、抗干扰能力各不相同。红外成像利用的是目标的辐射能量，因其具有一定的穿透烟、雾、雪等的能力，抗干扰能力强，可夜间工作等特点而受到普遍重视，但它的成像质量较差。可见光图像则具有光谱信息丰富、分辨率高、动态范围大等优点，存在的缺陷是在夜视和低能见度的条件下，成像效能受到较大局限。地面目标的背景通常比较复杂，可见光成像可以获得分辨率较高的地面目标图像，但是烟、雾、光照对其成像质量影响较大，对目标和背景的温度差异不敏感。红外成像则可以弥补可见光成像的这些缺陷。因此，利用可见光/红外成像复合制导可以获得具有对目标精确定位、全天时、对高温目标敏感、对天候条件有一定适应能力的新一代制导武器。

目前，同轴复合制导光学系统主要有共轴独立式、共轴分光式。共轴独立式的优点是两光轴均过球心，旋转对光学系统无影响，能量可以保持原有水平；缺点是一个光学系统需要做成卡式结构，体积较大、杂光抑制和装调难度大，且中心存在遮挡，最重要的是该卡氏系统可见光视场角无法做大。共轴分光式的优点是两光轴均过球心，旋转对光学系统无影响，结构简单；缺点是分光板引入像散，不利于像差校正及无热化设计，且分光板体积较大，重量大。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供了一种可见光、长波红外同轴共口径复合光学系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种可见光、长波红外同轴共口径复合光学系统，所述系统包括沿光轴方向由物方向像方依次设置的球罩、可见光光学系统和红外光学系统，其中，所述球罩材料为硫化锌，既可透射可见光波段，又可透射红外波段。可见光光学系统嵌入红外光学系统的第一片透镜中。

进一步的，所述系统中，可见光光学系统焦距f1，红外光学系统焦距f2，可见光光学系统的最大通光口径D1，红外光学系统的最大通光口径D2，满足以下关系：0.2<f1/f2<0.35；D1/D2<0.2。满足该条件，可见光系统引入的挡光可不影响红外光学系统在红外探测器靶面成像的均匀性。

有益效果

本实用新型所提到的一种可见光、长波红外同轴共口径复合光学系统为可见光和非制冷红外共口径光学成像系统，结构采用的是嵌入式，即可见光镜头和可见光探测器安装好后嵌入红外镜头第一镜片，可见光镜头镜筒与红外镜头第一镜片之间可通过现有技术胶接在一起，可见光系统与红外光学系统各自成像互不干扰，两光轴均过球心，旋转对光学系统无影响，在满足光学指标的同时，减小了体积，装调简单，成本低，有效降低装调难度。长波红外系统焦距长，具有较强的探测能力，可见光光学系统的视场大，具有较强的搜索能力，该系统有着广泛的应用和发展前景。

附图说明

图1为所述系统的结构示意图；

其中，1为球罩；2为可见光光学系统；3为红外光学系统；IR-Image为非制冷红外探测器靶面；VIR-Image为可见光探测器靶面。

图2为非制冷红外光学系统在20℃下的调制传递函数(MTF)曲线。

图3为非制冷红外光学系统在-45℃下的调制传递函数(MTF)曲线。

图4为非制冷红外光学系统在60℃下的调制传递函数(MTF)曲线。

图5为可见光光学系统在不同视场角下的MTF曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

如附图1所示，可见光镜头和可见光探测器安装好后嵌入红外镜头第一镜片，可见光镜头镜筒与红外镜头第一镜片之间可通过现有技术胶接在一起，光线进入球罩1后，一部分光被可见光光学系统2遮挡后进入红外光学系统3，聚焦到达非制冷红外探测器靶面IR-Image上，把目标热信号转换为电信号，得到目标的红外图像；被遮挡的那部分光进入可见光光学系统2，聚焦到达可见光探测器靶面VIR-Image上，把目标光信号转换为电信号。

所述系统结构采用的是嵌入式，所述光学系统分别包括镜头、探测器和镜筒；其中，可见光镜头和可见光探测器安装好后嵌入红外镜头的第一镜片中，可见光系统与红外光学系统各自成像互不干扰，在满足光学指标的同时，减小了体积，装调简单，成本低。

所述系统将长波红外(8μm～12μm)光学系统与可见光(0.4μm～1.1μm)光学系统相结合，所述光学系统分别包括镜头、探测器和镜筒；其中，可见光镜头和可见光探测器安装好后嵌入红外镜头的第一镜片中，可见光镜头镜筒与红外镜头第一镜片之间可通过现有技术胶接在一起，所述系统将红外与可见光两个波段的能量分别聚焦到各自的探测器上。

实施例1

本实施例中，可见光光学系统工作波长为0.4μm～1.1μm，视场角10°×8.0°，焦距为29mm，相对口径1/2。

所述系统中，可见光光学系统2的具体参数如表一所示：

在表一中，曲率半径是指每个表面的曲率半径，间距是指两相邻表面间的距离，举例来说，表面S1的间距，即表面S1至表面S2间的距离。

本实施例中，红外光学系统为工作波段为8μm～12μm，焦距为97mm，视场角为6.4°×5.1°，F数为1.1，工作温度：-45℃～60℃。

所述系统中，红外光学系统3的具体参数如表二所示：

表二中S1，S2与表一中S1，S2一样，为共用球罩硫化锌参数。

表二中红外第二透镜3-2的前表面S5ˊ，红外第三透镜3-3的前表面S7ˊ，红外第四透镜3-4的前表面S9ˊ非球面系数如表三所示：

非球面以面定点为基准的光轴方向的位变定义如下：

Z＝(1/R)Y²/{1+[1-(1+K)(Y/R)²]^1/2}+A(Y⁴)+B(Y⁶)+C(Y⁸)+D(Y¹⁰)

其中，Z-光轴方向的位变，Y-光轴的高，R-近轴曲率半径，K-Conic系数，A、B、C、D-非球面系数。

图2-图4中MTF结果表明，红外光学系统在可见光系统的遮挡下，系统衍射极限有所下降，但在20℃、-45℃、60℃条件下，MTF设计结果接近衍射极限，MTF@30lp/mm≥0.45，能够满足高精度成像要求。图5中MTF结果表明，可见光光学系统在不同视场角下，MTF@125lp/mm≥0.3，能够满足高精度成像要求。

所述系统红外波段传递函数值在30lp/mm时所有视场均大于0.45，在可见光波段传递函数值在125lp/mm时所有视场均大于0.3。红外光学系统通过非球面的合理使用及材料的分配实现了无热化设计，复合系统可在-45℃～+60℃宽温度范围内工作。

综上所述，实用新型包括但不限于以上实施例，凡是在本实用新型的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种可见光、长波红外同轴共口径复合光学系统，其特征在于：所述系统包括沿光轴方向由物方向像方依次设置的球罩、可见光光学系统和红外光学系统，其中，所述球罩材料为硫化锌；可见光光学系统嵌入红外光学系统的第一片透镜中；

所述系统中，可见光光学系统焦距f1，红外光学系统焦距f2，可见光光学系统的最大通光口径D1，红外光学系统的最大通光口径D2，满足以下关系：0.2<f1/f2<0.35；D1/D2<0.2。