CN209690606U - 一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，包括：沿光路依次设置的整流罩、红外复合镜组以及棱镜组；红外复合镜组中靠近整流罩一侧的红外透镜的中心具有开孔；棱镜组设置在开孔处，用于将从开孔处进入的可见光引导至红外复合镜组外。本实用新型成像视场大、探测距离远、占用空间小、具有大相对孔径，可用于小型红外导引头中，可实现对目标的搜索、跟踪。

Description

一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统

技术领域

本实用新型涉及多模成像导引头系统设计领域，具体涉及一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统。

背景技术

多模复合寻的制导是指由多种模式的寻的导引头参与制导，共同完成导弹的寻的任务。目前正在应用或研究的多模复合寻的导引头，主要采用的是双模复合的形式。双模复合制导武器主要包括紫外/红外、可见光/红外、激光/红外、微波/红外和毫米波/红外成像等。本实用新型是基于可见光/红外复合成像光学系统进行的改进设计。

目前关于可见光/红外复合成像系统主要分为分口径设计和基于卡塞格林系统的共口径设计两种。

其中分口径设计如图1所示，可见光光路和红外光光路隔离设置，这种设置的缺点是可见光光路过多占用红外光路的空间。

基于卡塞格林系统的共口径设计的一个实例是《可见光/中波红外双波段共口径光学系统设计》(郭钰琳等，《红外技术》，2018年2月)，其结构如图2所示，这种设计由于可见光光路和红外光路共用同一口径，因此相比于分口径设计解决了红外光路空间被占用的问题，卡塞格林系统本身瞬时视场很小，而为保证足够的作用距离其长波红外光路口径又偏大，很难通过扫描方式获得足够的视场。

因此需要一种新的可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，来解决现有技术中的诸多缺陷。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决现有技术中分口径设计占用过多红外光路的空间，而基于卡塞格林系统的共口径设计视场过小的缺陷。

本实用新型提供了一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，包括：沿光路依次设置的整流罩、红外复合镜组以及棱镜组；红外复合镜组中靠近整流罩一侧的红外透镜的中心具有开孔；棱镜组设置在开孔处，用于将从开孔处进入的可见光引导至红外复合镜组外。

可选地，可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统还包括可见光反射镜以及可见光成像镜组，可见光反射镜用于将引导出的可见光反射至可见光成像镜组，进而通过可见光成像镜组进行成像。

可选地，红外复合镜组包括第一红外透镜、第二红外透镜、第三红外透镜，分别沿着靠近整流罩至远离整流罩方向依次设置；第一红外透镜的中心具有开孔。

可选地，由红外复合镜组构成的红外光分系统的工作波段为8μm～14 μm，视场≥6.5°×5.2°；由棱镜组、可见光反射镜以及可见光成像镜组构成的可见光分系统的工作波段为580nm～1000nm，视场≥8°×8°。

本实用新型的有益效果是：

(1)成像视场大、探测距离远、占用空间小、大相对孔径。

(2)在一个具体的实施例中，本实用新型中的可见光成像系统工作波段580nm～1000nm，视场≥8°×8°，分辨率2048×2048，其轴上MTF≥ 0.45@90lp/mm，0.7视场MTF≥0.3@90lp/mm；红外光学系统工作波段8μm～ 14μm，视场≥6.5°×5.2°,分辨率640×512，其轴上MTF≥0.3@30lp/mm； 0.7视场MTF≥0.31@30p/mm,匹配红外相机MRTD≤300mK；可见光成像系统与红外成像系统光轴一致性≤0.01°，外形尺寸＜Φ138mm×90mm，总重量＜900g，具有结构紧凑、质量轻、体积小、环境适应性好等特点。

本实用新型可用于小型红外导引头中。可实现对目标的搜索、跟踪。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。

图1为现有技术的可见光/红外光分口径光学系统示意图；

图2为现有技术的基于卡塞格林系统的可见光/红外光光学系统结构示意图；

图3为本实用新型的一个实施例的结构图；

图4为附带有红外光和可见光光路路径的结构示意图；

图5(a)和图5(b)分别为本实用新型的可见光成像分系统在20℃时的传递函数曲线图和弥散斑曲线图；

图6(a)和图6(b)分别为本实用新型的可见光成像分系统在-45℃时的传递函数曲线图和弥散斑曲线图；

图7(a)和图7(b)分别为本实用新型的可见光成像分系统在65℃时的传递函数曲线图和弥散斑曲线图；

图8为本实用新型的可见光成像分系统的系统场区以及畸变曲线图；

图9(a)和图9(b)为分别为本实用新型的红外成像分系统在20℃时的传递函数曲线图和弥散斑曲线图；

图10(a)和图10(b)为分别为本实用新型的红外成像分系统在-45℃时的传递函数曲线图和弥散斑曲线图；

图11(a)和图11(b)为分别为本实用新型的红外成像分系统在65℃时的传递函数曲线图和弥散斑曲线图；

图12为本实用新型的红外成像分系统的系统场区以及畸变曲线图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，包括：

沿光路依次设置的整流罩1、红外复合镜组2以及棱镜组3。其中红外复合镜组2中靠近整流罩1一侧的红外透镜的中心具有开孔。棱镜组3设置在开孔处，用于将从开孔处进入的可见光引导至红外复合镜组2外。

本实用新型与现有技术中的卡塞格林式共口径设计的不同之处在于，卡塞格林式系统的瞬时视场很小(可以从图2的光路原理图中明显看出)，并且卡塞格林式系统的可见光和红外光是共用一个光路的；而本实用新型不使用卡塞格林式系统，瞬时视场更大，且可见光与红外光并不是共用同一光路，而是开孔处仅有可见光进入，而红外光从开孔以外的部分进入到红外复合镜组中，即本实用新型的红外光路和可见光路是相互独立的。实现这一设计的核心是将红外复合镜组中靠近外侧的透镜设置开孔，并且通过棱镜组将可见光引导至红外复合镜组的外部，从而实现分光设计。

棱镜还可以替换为反射镜等其他能够引导可见光的光学组件，总之能够将可见光引导至红外复合镜组外部的光学组件均可以满足本实用新型的要求。棱镜作为优选组件，具有更好的效果。

本实用新型还可以包括可见光反射镜以及可见光成像镜组，所述可见光反射镜用于将引导出的可见光反射至可见光成像镜组，进而通过可见光成像镜组进行成像。

红外复合镜组可以进一步包括第一红外透镜、第二红外透镜、第三红外透镜，分别沿着靠近整流罩至远离整流罩方向依次设置；第一红外透镜的中心具有开孔。

在一个实施例中，由棱镜组3、可见光反射镜4以及可见光成像镜组5 构成的可见光分系统工作波段580nm～1000nm，视场≥8°×8°，分辨率 2048×2048，其轴上MTF≥0.45@90lp/mm，0.7视场MTF≥0.3@90lp/mm；由红外复合镜组2构成的红外光分系统的工作波段8μm～14μm，视场≥ 6.5°×5.2°,分辨率640×512，设计过程中引入非球面及衍射面，其轴上MTF≥0.3@30lp/mm；0.7视场MTF≥0.31@30p/mm,匹配红外相机MRTD ≤300mK；可见光成像系统与红外成像系统光轴一致性≤0.01°，外形尺寸＜Φ138mm×90mm，具有结构紧凑、质量轻、体积小、大相对孔径，作用距离远、环境适应性好等特点。本实施例具体的测试曲线如图5(a)至图12所示。

虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，其特征在于，包括：

沿光路依次设置的整流罩(1)、红外复合镜组(2)以及棱镜组(3)；

所述红外复合镜组(2)中靠近整流罩(1)一侧的红外透镜的中心具有开孔；

所述棱镜组(3)设置在所述开孔处，用于将从开孔处进入的可见光引导至所述红外复合镜组(2)外。

2.根据权利要求1所述的可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，其特征在于，还包括可见光反射镜(4)以及可见光成像镜组(5)，所述可见光反射镜(4)用于将引导出的可见光反射至可见光成像镜组(5)，进而通过可见光成像镜组(5)进行成像。

3.根据权利要求2所述的可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，其特征在于，所述红外复合镜组(2)包括第一红外透镜、第二红外透镜、第三红外透镜，分别沿着靠近整流罩至远离整流罩方向依次设置；所述第一红外透镜的中心具有开孔。

4.根据权利要求3所述的可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，其特征在于，由红外复合镜组(2)构成的红外光分系统的工作波段为8μm～14μm，视场≥6.5°×5.2°；由棱镜组(3)、可见光反射镜(4)以及可见光成像镜组(5)构成的可见光分系统的工作波段为580nm～1000nm，视场≥8°×8°。