一种电视和红外双模导引头的光学系统的制作方法

本发明涉及光学的，尤其涉及一种电视和红外双模导引头的光学系统，主要用于实现全天候对目标精确定位。

背景技术：

1、在复杂多变的现代战场中，单一的制导模式已经无法满足全天候，多任务的作战需求，多模复合技术便成为一种必然的发展趋势。其中电视制导模式具有成本低、分辨率高等优点，但是在夜间或低能见度的条件下受到限制，红外制导技术目标识别能力强，隐蔽性好，可以实现昼夜作战，因此利用电视和红外双模制导可以实现全天候和对目标精确定位的作战功能。

2、电视和红外双模光学系统主要有分口径和共口径两种设计，早期为了降低设计难度，光学系统多采用光路独立的分口径系统，随着设计水平的提高和加工工艺的发展，考虑到共口径可大大减小系统体积和重量，多模式共口径成为发展趋势。

3、公开的双光复合光机系统布局有卡塞格林式反射系统加双色分光，这种设计物镜口径大，体积尺寸和重量也难以控制，没法满足导引头重量轻体积小的要求。另一种实现双光复合光机系统是透射共孔径加双色分光，这种设计需要同时透射可见光和红外，高反射率的可见光和红外镀膜工艺要求很高，且存在加工、装调难度大和成本高的问题。还有一种双光复合光机系统是双光模组嵌套方案，例如，专利201822027153 .1 中介绍了一种可见光、长波红外同轴共口径复合光学系统，将整个可见光成像系统嵌入红外成像系统的第一片红外透镜，这种设计严格限制了可见光的系统长度，导致可见光系统焦距只能很短，从而识别距离很近，而且可见光探测器至少有2块电子板，占用空间较大，对红外光学系统的光路遮挡很大，同时位于红外系统的光轴的的探测器工作时会发出大量热辐射，而红外成像恰恰利用的是目标的辐射能量，这样可见光探测器的热辐射会大大影响红外成像质量。另外，专利201910315209.x 中介绍了一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，该系统中可见光通道有2次光路反射，增加装调难度，同时可见光通道的依然需要占据红外通道外体积，增加了尺寸和重量。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种电视和红外双模导引头的光学系统，其可以有效避免可见光探测器发热影响红外光学系统成像质量，可以根据需求设计为长焦距，识别距离更远，可见光和红外系统分别单独成像，而且体积小，重量轻，成像质量优，结构简单易于装调。

2、本发明的技术方案是：这种电视和红外双模导引头的光学系统，其包括：头罩（1）、红外成像光学系统（2）、可见光成像光学系统（3）、红外镜筒（15），红外成像光学系统包括沿光路依次布置并均具有同一光轴的第一红外透镜（4）、第二红外透镜（5）、第三红外透镜（6）、红外探测器（7），可见光成像光学系统包括沿光路依次布置的第一可见光透镜（8）、第二可见光透镜（9）、第三可见光透镜（10）、第四可见光透镜（11）、第五可见光透镜（12）、反射镜（13）、可见光探测器（14）；

3、靠近头罩的第一红外透镜设有中心孔，第一可见光透镜（8）、第二可见光透镜（9）、第三可见光透镜（10）、第四可见光透镜（11）、第五可见光透镜（12）设置在中心孔内，在第一红外透镜的中心孔上方设置反射镜，所述反射镜用于将可见光的成像反射至可见光探测器上且其与光轴的夹角范围为45°～30°，所述可见光探测器设置在红外镜筒的侧面。

4、本发明可见光和红外成像光学系统分别单独成像，同时将可见光探测器设置在红外镜筒的侧面，这样的设计一方面可以有效避免可见光探测器发热影响红外光学系统成像质量，另一方面可以将可见光的焦距设计为长焦距，识别距离更远，同时反射镜与光轴的夹角45°～30°，可以尽量减小对红外光路的遮挡影响；红外成像系统仅有3片红外透镜，可见光系统仅有2个胶合透镜、1片可见光透镜和反射镜组成，结构简单紧凑，体积小重量轻，研发成本低，有效降低了加工和装调难度，操作简单。

技术特征：

1.一种电视和红外双模导引头的光学系统，其特征在于：其包括：头罩（1）、红外成像光学系统（2）、可见光成像光学系统（3）、红外镜筒（15），红外成像光学系统包括沿光路依次布置并均具有同一光轴的第一红外透镜（4）、第二红外透镜（5）、第三红外透镜（6）、红外探测器（7），可见光成像光学系统包括沿光路依次布置的第一可见光透镜（8）、第二可见光透镜（9）、第三可见光透镜（10）、第四可见光透镜（11）、第五可见光透镜（12）、反射镜（13）、可见光探测器（14）；

2.根据权利要求1所述的电视和红外双模导引头的光学系统，其特征在于：所述反射镜与可见光探测器角度匹配，所述反射镜与光轴夹角的2倍值和可见光探测器与光轴夹角值的和为90°，其中反射镜与光轴的夹角值范围为小于等于45°大于0°，从而使光轴经过可见光探测器的中心。

3.根据权利要求2所述的电视和红外双模导引头的光学系统，其特征在于：所述第一红外透镜为正光焦度弯月形透镜，第二红外透镜为负光焦度弯月形透镜，第三红外透镜为负光焦度弯月形透镜；所述第一可见光透镜为负光焦度双凹透镜，第二可见光透镜为正光焦度的双凸透镜，第三可见光透镜为正光焦度的双凸透镜，第四可见光透镜为正光焦度的平凸透镜，第五可见光透镜为负光焦度的平凹透镜，其中所述第一可见光透镜和第二可见光透镜相互胶合形成第一可见光组合透镜，所述第四可见光透镜和所述第五可见光透镜相互胶合形成第二可见光组合透镜，第四可见光透镜的凸面朝向物侧。

4.根据权利要求3所述的电视和红外双模导引头的光学系统，其特征在于：所述第一红外透镜、第二红外透镜、第三红外透镜的凸面均朝向物侧。

5.根据权利要求4所述的电视和红外双模导引头的光学系统，其特征在于：所述第一红外透镜朝向物侧的一面为球面且另一面为二元衍射面，所述第二红外透镜和第三红外透镜两个面均为球面。

6.根据权利要求5所述的电视和红外双模导引头的光学系统，其特征在于：所述第一红外透镜中二元衍射面满足下列表达式：

7.根据权利要求6所述的电视和红外双模导引头的光学系统，其特征在于：所述第一红外透镜朝向物侧表面的曲率半径为80.905mm，厚度11.5mm，有效口径为45mm；所述第一红外透镜朝向像侧表面的曲率半径为167.725mm，其厚度为5.9mm，其有效孔径为42.5mm；所述第二红外透镜朝向物侧表面的曲率半径26.235mm，其厚度为3.2mm，其有效孔径为17.5mm；所述第二红外透镜朝向像侧表面的曲率半径为20.517mm，其厚度为5.623mm，其有效孔径为14mm；所述第三红外透镜朝向物侧表面的曲率半径为60.268mm，其厚度为3mm，其有效孔径为13.5mm；所述第三红外透镜朝向像侧表面的曲率半径为142.060mm，其厚度为15.115mm，其有效孔径为12mm；所述第一可见光透镜朝向物侧表面的曲率半径为-21.095mm，厚度1.5mm，有效口径为7.25mm；所述第一可见光透镜朝向像侧表面的曲率半径为58.534mm，其厚度为3.25mm，其有效孔径为8.5mm；所述第二可见光透镜朝向像侧表面的曲率半径-26.968mm，其厚度为0.3mm，其有效孔径为8.5mm；所述第三可见光透镜朝向物侧表面的曲率半径为71.396mm，其厚度为2.75mm，其有效孔径为8.5mm；所述第三可见光透镜朝向像侧表面的曲率半径为-49.222mm，其厚度为1.5mm，其有效孔径为8.5mm；所述第四可见光透镜朝向物侧表面的曲率半径为15.187mm，其厚度为4mm，其有效孔径为8.25mm；所述第四可见光透镜朝向像侧表面的曲率半径为130.852mm，其厚度为1.5mm，其有效孔径为8.25mm；所述第五可见光透镜朝向像侧表面的曲率半径为12.634mm，其厚度为27mm，其有效孔径为6.5mm。

8.根据权利要求7所述的电视和红外双模导引头的光学系统，其特征在于：所述红外光学系统的总长＜111mm，f数为1，焦距为95mm；透过光线的波长范围在8um～14um；所述可见光光学系统的总长大于58mm，f数为5，焦距为70mm，透过光线的波长范围在435nm~650nm。

9.根据权利要求8所述的电视和红外双模导引头的光学系统，其特征在于：所述头罩材料为硫化锌，同时透射可见光波段和红外波段；所述的第二红外透镜锗晶体，所述第一红外透镜和第三红外透镜的材质均为红外硫系玻璃；所述第一可见光透镜的材质为重火石玻璃，所述第二可见光透镜的材质为重磷冕玻璃，所述第三可见光透镜的材质为重火石玻璃，第四可见光透镜的材质均为重冕玻璃，第五可见光透镜的材质为重火石玻璃。

10.根据权利要求1所述的电视和红外双模导引头的光学系统，其特征在于：所述反射镜与光轴的夹角范围为30°～35°。

技术总结
一种电视和红外双模导引头的光学系统，其可以有效避免可见光探测器发热影响红外光学系统成像质量，可以根据需求设计为长焦距，识别距离更远，可见光和红外系统分别单独成像，而且体积小，重量轻，成像质量优，结构简单易于装调。靠近头罩的第一红外透镜设有中心孔，第一可见光透镜（8）、第二可见光透镜（9）、第三可见光透镜（10）、第四可见光透镜（11）、第五可见光透镜（12）设置在中心孔内，在第一红外透镜的中心孔上方设置反射镜，所述反射镜用于将可见光的成像反射至可见光探测器上且其与光轴的夹角范围为45°～30°，所述可见光探测器设置在红外镜筒的侧面。

技术研发人员：韩鹏飞,张鹏,王振华,凌晗
受保护的技术使用者：北京北方长城光电仪器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15