一种激光红外共孔径双模光学系统的制作方法

一种激光红外共孔径双模光学系统
1.技术领域：本发明涉及一种激光红外共孔径双模光学系统。
2.

背景技术：
随着精密制导武器技术的发展，传统单一模式的制导武器将很难适应未来战争的要求。因此，新一代制导武器采取多模复合制导。多模制导中最常见的是双模制导技术，主要包括雷达/红外、紫外/红外、可见光/红外、激光/红外等，其中激光/红外复合模式是一个重要分支。
3.红外成像系统可以获得较大的成像范围和较远的作用距离，具有较强的抗干扰能力，可全天候、恶劣天气条件下正常工作。但是红外成像系统无距离信息，无法给导弹提供准确的目标距离，影响制导精度。相对于红外成像系统，激光测距是基于目标的反射率特性对目标进行探测，物体的反射率差异不易受环境变化的影响，可以获得与环境无关的目标速度、距离等信息，具有很高的目标识别精度。但其搜索范围小，作用距离短。将红外成像与激光测距进行复合的双模制导技术可以实现优势互补，是精准制导领域的重要发展方向。
4.复合光学系统的融合方式主要有分孔径融合和共孔径融合两种，分孔径融合方式即不同波段的光学系统相互独立，此方式存在融合程度低，整机空间结构大等缺点；共孔径融合方式即不同波段的光学系统共用部分光路结构，此种方式融合程度高，整机空间结构小，更能满足不同精密制导系统的要求。
5.

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种激光红外共孔径双模光学系统，设计合理，将红外成像与激光测距进行复合形成双模制导，可以获得更加全面精准的目标信息，降低虚警率。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种激光红外共孔径双模光学系统，包括具有共用镜组a的红外成像光学系统和激光接收光学系统，所述红外成像光学系统还包括红外镜组b，所述激光接收光学系统还包括激光接收镜组c，光线经过共用镜组a后一路透射到红外镜组b、另一路反射到激光接收镜组c；所述共用镜组a从物面至像面依次设有：凸面朝向物面的弯月负透镜a1、凸面朝向物面的弯月正透镜a2、折反射式平板d；所述红外镜组b从物面至像面依次设有：凸面朝向物面的弯月正透镜b1、凸面朝向物面的弯月负透镜b2、凸面朝向物面的弯月正透镜b3；所述激光接收镜组c从物面至像面依次设有：双凸正透镜c1、凸面朝向物面的弯月正透镜c2、凸面朝向物面的弯月负透镜c3、凹面朝向物面的弯月负透镜c4、凹面朝向物面的弯月正透镜c5、双凸正透镜c6。
7.进一步的，所述弯月负透镜a1与弯月正透镜a2的空气间隔为1.33mm，弯月正透镜a2与折反射式平板d的空气间隔为38.90mm，折反射式平板d与弯月正透镜b1的空气间隔为41.15mm，弯月正透镜b1与弯月负透镜b2的空气间隔为9.91mm，弯月负透镜b2与弯月正透镜b3的空气间隔为3.24mm；所述弯月正透镜a2与双凸正透镜c1的空气间隔为68.90mm；双凸正透镜c1与弯月正透镜c2的空气间隔为6.21mm，弯月正透镜c2与弯月负透镜c3的空气间隔为2.32mm，弯月负透镜c3与弯月负透镜c4的空气间隔为6.24mm，弯月负透镜c4与弯月正透镜c5的空气间隔为1.62mm，弯月正透镜c5与双凸正透镜c6的空气间隔为3.22mm。
8.进一步的，所述红外成像光学系统满足：-6《f1/fb《0；0《f2/fb《5；0《fb3/fb《5；-15《fb4/fb《0；50《fb5/fb《100；其中fb为红外成像光学系统b的总焦距，f1、f2、fb3、fb4、fb5分别为弯月负透镜a1、弯月正透镜a2、弯月正透镜b1、弯月负透镜b2、弯月正透镜b3的焦距。
9.进一步的，所述激光接收光学系统满足：-6《f1/fc《0；0《f2/fc《5；0《fc3/fc《5；0《fc4/fc《5；-5《fc5/fc《0；-5《fc6/fc《0；0《fc7/fc《5；0《fc8/fc《5；其中fc为激光接收光学系统c的总焦距，f1、f2、fc3、fc4、fc5、《fc6、fc7、fc8分别为弯月负透镜a1、弯月正透镜a2、双凸正透镜c1、弯月正透镜c2、弯月负透镜c3、弯月负透镜c4、弯月正透镜c5、双凸正透镜c6的焦距。
10.进一步的，所述红外成像光学系统的平行平板位于弯月正透镜b3及ima-ir之间。
11.进一步的，共用镜组a中，所述弯月负透镜a1的像侧面和弯月正透镜a2的物侧面均为偶次非球面。
12.进一步的，在红外成像光学系统中，所述弯月正透镜b1的物侧面和像侧面、弯月负透镜b2的像侧面、弯月正透镜b3物侧面均为偶次非球面。
13.进一步的，所述红外成像光学系统匹配非制冷型长波红外探测器；所述激光接收光学系统匹配激光接收器。
14.进一步的，所述折反射式平板d倾斜45
°
。
15.与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明设计合理，采用红外成像与激光接收共孔径双模融合方式设计，此种方式融合程度高，整机空间结构小，更能满足不同精密制导系统的要求，可以获得更加全面精准的目标信息，降低虚警率。
16.附图说明：图1是本发明实施例的光学结构示意图；图2是本发明实施例中红外成像光学系统的结构示意图；图3是本发明实施例中激光接收光学系统的结构示意图；图4是本发明实施例中红外成像光学系统的mtf曲线图；图5是本发明实施例中红外成像光学系统的畸变图；图6是本发明实施例中激光接收光学系统的星点图。
17.具体实施方式:下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
18.在本发明的描述中，需要理解的是，术语
“ꢀ
纵向”、
“ꢀ
横向”、
“ꢀ
上”、
“ꢀ
下”、
“ꢀ
前”、
“ꢀ
后”、
“ꢀ
左”、
“ꢀ
右”、
“ꢀ
竖直”、
“ꢀ
水平”、
“ꢀ
顶”、
“ꢀ
底”、
“ꢀ
内”、
“ꢀ
外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
19.如图1～3所示，为满足不同精密制导系统的要求，本发明提出一种激光红外共孔径双模光学系统，包括具有共用镜组a的红外成像光学系统和激光接收光学系统，所述红外成像光学系统还包括红外镜组b，所述激光接收光学系统还包括激光接收镜组c，光线经过共用镜组a后一路透射到红外镜组b、另一路反射到激光接收镜组c；所述共用镜组a从物面至像面依次设有：凸面朝向物面的弯月负透镜a1、凸面朝向物面的弯月正透镜a2、折反射式平板d；所述红外镜组b从物面至像面依次设有：凸面朝向物面的弯月正透镜b1、凸面朝向物
面的弯月负透镜b2、凸面朝向物面的弯月正透镜b3；所述激光接收镜组c从物面至像面依次设有：双凸正透镜c1、凸面朝向物面的弯月正透镜c2、凸面朝向物面的弯月负透镜c3、凹面朝向物面的弯月负透镜c4、凹面朝向物面的弯月正透镜c5、双凸正透镜c6。即：共用镜组a和红外镜组b组成红外成像光学系统，其具有五片透镜和一片折反射式平板d；共用镜组a和激光接收镜组c组成激光接收光学系统，其具有八片透镜和一片折反射式平板d。
20.在该光学系统中，红外成像光学系统可以获得较大的成像范围和较远的作用距离，激光接收光学系统可以获得与环境无关的目标速度、距离等信息，将红外成像与激光测距进行复合的双模制导技术，利用红外成像系统不仅可以获得较大的成像范围和较远的作用距离，还可直观获取目标外形或基本结构等目标信息；利用激光测距可以精准获得目标距离信息以提高制导精度，具有抗干扰性能好、命中精度高等特点，是精准制导领域的重要发展方向，两者融合，可以获得更加全面精准的目标信息，降低虚警率。
21.本实施例中，在红外成像光学系统中，如图2所示，从左往右的间距如下：所述弯月负透镜a1与弯月正透镜a2的空气间隔为1.33mm，弯月正透镜a2与折反射式平板d的空气间隔为38.90mm，折反射式平板d与弯月正透镜b1的空气间隔为41.15mm，弯月正透镜b1与弯月负透镜b2的空气间隔为9.91mm，弯月负透镜b2与弯月正透镜b3的空气间隔为3.24mm。
22.本实施例中，所述红外成像光学系统满足：-6《f1/fb《0；0《f2/fb《5；0《fb3/fb《5；-15《fb4/fb《0；50《fb5/fb《100；其中fb为红外成像光学系统b的总焦距，f1、f2、fb3、fb4、fb5分别为弯月负透镜a1、弯月正透镜a2、弯月正透镜b1、弯月负透镜b2、弯月正透镜b3的焦距。
23.本实施例中，所述红外成像光学系统的平行平板位于弯月正透镜b3及ima-ir之间。
24.以下表格的数据，将说明本发明实施例中红外成像光学系统的光学参数。
25.表一：红外成像系统光学元件参数表。
26.表二：红外成像光学系统的非球面相关数据。
27.通过上述镜片参数，红外成像光学系统的具体性能参数为：（1）工作光谱范围：8um～12um；（2）f数：1.0；（3）适配探测器：640
×
512@17um；（4）通光口径：≥ 50mm。
28.本实施例中，在激光接收光学系统中，如图3所示，从左往右的间距如下：弯月负透镜a1与弯月正透镜a2的空气间隔为1.33mm，所述弯月正透镜a2与双凸正透镜c1的空气间隔为68.90mm；双凸正透镜c1与弯月正透镜c2的空气间隔为6.21mm，弯月正透镜c2与弯月负透镜c3的空气间隔为2.32mm，弯月负透镜c3与弯月负透镜c4的空气间隔为6.24mm，弯月负透镜c4与弯月正透镜c5的空气间隔为1.62mm，弯月正透镜c5与双凸正透镜c6的空气间隔为3.22mm。
29.本实施例中，所述激光接收光学系统满足：-6《f1/fc《0；0《f2/fc《5；0《fc3/fc《5；0《fc4/fc《5；-5《fc5/fc《0；-5《fc6/fc《0；0《fc7/fc《5；0《fc8/fc《5；其中fc为激光接收光学系统c的总焦距，f1、f2、fc3、fc4、fc5、《fc6、fc7、fc8分别为弯月负透镜a1、弯月正透镜a2、双凸正透镜c1、弯月正透镜c2、弯月负透镜c3、弯月负透镜c4、弯月正透镜c5、双凸正透镜c6的焦距。
30.以下表格的数据，将说明本发明实施例中激光接收光学系统的光学参数。
31.表三：激光接收光学系统光学元件参数表。
32.表四：激光接收光学系统的非球面相关数据。
33.通过上述镜片参数，激光接收光学系统的具体性能参数为：（1）工作光谱：1.06um；（2）f数：1.67；（3）视场角：≥ 4
°
；（4）通光口径：≥ 30mm。
34.本实施例中，共用镜组a中，所述弯月负透镜a1的像侧面和弯月正透镜a2的物侧面均为偶次非球面。在红外成像光学系统中，所述弯月正透镜b1的物侧面和像侧面、弯月负透镜b2的像侧面、弯月正透镜b3物侧面均为偶次非球面，非球面表达式为：z代表光轴方向的位置，r代表相对光轴的垂直方向上的高度，c代表曲率半径，k代表圆锥系数，代表非球面系数。在非球面数据中，e-n代表，例如1.044e-008代表.044
×
10-8
。
35.本实施例中，所述红外成像光学系统匹配非制冷型长波红外探测器；所述激光接收光学系统匹配激光接收器。
36.本实施例中，所述折反射式平板d倾斜45
°
。
37.本实施例中，对于激光红外共孔径双模光学系统，本发明采用一次成像的结构型式，将系统光阑前置减小系统各镜片的径向口径，轻量化镜头，减小镜头体积。红外成像光学系统结构型式由五片透镜和一片倾斜45
°
折反射式平板组成，激光接收光学系统结构型式由八片透镜组成，其中红外成像光学系统与激光接收光学系统共用前组两片透镜。通过合理分配各透镜的光焦度并结合使用偶次非球面平衡系统像差，使得整体光学系统的体积足够小。通过曲率及厚度的调整降低各个光学件的敏感度，使得该镜头更易于加工与装调。
38.本发明的优点在于：（1）红外成像光学系统可以获得较大的成像范围和较远的作用距离，激光接收光学系统可以获得与环境无关的目标速度、距离等信息，将红外成像与激光测距进行复合的双模制导技术可以获得更加全面精准的目标信息，降低虚警率；（2）采用红外成像系统与激光接收系统共孔径双模融合方式设计，此种方式融合程度高，整机空间结构小，更能满足不同精密制导系统的要求；（3）光学系统采用一次成像的结构型式，可缩短系统总长度，将系统光阑前置减小系统各镜片的径向口径，轻量化镜头，减小镜头体积；（4）光学系统采用折射式系统，折射式系统可以实现更大的视场角，从而获得更大的成像范围。
39.本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
40.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
41.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
42.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。