專(zhuān)利名稱(chēng)：含非球面整流罩的紅外雙波長(zhǎng)掃描光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本范明屬于光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含非球面整流罩的紅外雙波長(zhǎng)掃描光學(xué)系統(tǒng)，特別適用于中波、長(zhǎng)波雙焦平面成像。
背景技術(shù)：
紅外成像技術(shù)在現(xiàn)代偵查、救援中的作用日益突出。作為成像元件，推進(jìn)器導(dǎo)引頭的光學(xué)整流罩在滿(mǎn)足光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)像質(zhì)要求的同時(shí)，還需滿(mǎn)足流體動(dòng)力學(xué)低阻力的要求。 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面光學(xué)整流罩的外表面具有較尖的拱狀外形，更能滿(mǎn)足介質(zhì)動(dòng)力學(xué)性能要求。但是，當(dāng)整流罩后面的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)一定范圍的視場(chǎng)進(jìn)行跟蹤掃描成像時(shí)，由于參與成像的整流罩面型是非球面的，給后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)引入各種像差，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)是專(zhuān)利CN. 200910236443. X，該光學(xué)系統(tǒng)只有 5° -10°視場(chǎng)，且只能進(jìn)行單一波長(zhǎng)譜段，難以滿(mǎn)足推進(jìn)器在偵查、救援等領(lǐng)域要求低誤報(bào)警率、高靈敏度的使用條件。為了克服上述缺點(diǎn)，特設(shè)計(jì)一種含非球面整流罩的紅外雙波長(zhǎng)掃描光學(xué)系統(tǒng)，可適于較大范圍的掃描視場(chǎng)(大于40° )，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并可同時(shí)進(jìn)行中、長(zhǎng)波成像，并在光圈數(shù)F為2. 0時(shí)獲得接近衍射極限的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決非球面整流罩條件下，系統(tǒng)單一波長(zhǎng)紅外成像及視場(chǎng)較小的問(wèn)題，提出一種含非球面整流罩的紅外雙波長(zhǎng)掃描光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種含非球面整流罩的紅外雙波長(zhǎng)掃描光學(xué)系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)，非球面校正板O)，萬(wàn)向節(jié)位置(5)，球面光學(xué)透鏡組，制冷中波紅外焦平面探測(cè)器像面(5)以及長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡(6)、球面光學(xué)透鏡組(7)、長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器像面(8)；在光的傳播方向上，以上各光學(xué)元件依次按圖1順序排放；無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo)發(fā)射的中、長(zhǎng)波紅外輻射依次經(jīng)過(guò)各光學(xué)元件后照射到對(duì)應(yīng)探測(cè)器元件上，得到最后的像。其中，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)是有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸的非球面，非球面校正板(2)用于校正像差，萬(wàn)向節(jié)(5)可進(jìn)行大范圍視場(chǎng)掃描，長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡(6)可矯正系統(tǒng)長(zhǎng)波像差；旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩⑴前端頂點(diǎn)沿光軸方向到探測(cè)器像面⑶的間距是系統(tǒng)焦距的5. 8倍。本發(fā)明具體設(shè)計(jì)方法如下1.采用符合介質(zhì)動(dòng)力學(xué)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)，使用非球面校正板(2)、長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡(6)進(jìn)行像質(zhì)補(bǔ)償。在減小介質(zhì)阻力、提高運(yùn)動(dòng)范圍的同時(shí)，使中波、 長(zhǎng)波紅外成像質(zhì)量同時(shí)接近衍射極限，且光圈數(shù)F的值小于2. 0 ；2.為了使系統(tǒng)在大的跟蹤視場(chǎng)的目標(biāo)能成像在探測(cè)器像面上，采用萬(wàn)向節(jié)(5)對(duì)定目標(biāo)視場(chǎng)范圍進(jìn)行光機(jī)掃描。如圖2所示，(a) (b) (c)分別對(duì)應(yīng)0°、10°、20°關(guān)聯(lián)視場(chǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。系統(tǒng)掃描視場(chǎng)可達(dá)到40°，瞬時(shí)視場(chǎng)可達(dá)到4° ；3.為了降低誤報(bào)警率，提高探測(cè)靈敏度，本發(fā)明在后續(xù)光學(xué)成像系統(tǒng)中使用了非球面校正板O)、長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡(6)，這種結(jié)構(gòu)有效矯正了系統(tǒng)色差，使系統(tǒng)體積緊湊，中波探測(cè)達(dá)到100%冷光闌效率，且中波、長(zhǎng)波紅外成像質(zhì)量同時(shí)接近衍射極限。通過(guò)以上的設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明的一種含非球面整流罩的紅外雙波長(zhǎng)掃描光學(xué)系統(tǒng)可適于大于40°范圍的掃描視場(chǎng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并在光圈數(shù)F為2.0時(shí)獲得接近衍射極限的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)值。本發(fā)明的工作原理無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo)發(fā)射的中、長(zhǎng)波紅外輻射依次經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)，非球面校正板O)，萬(wàn)向節(jié)位置(5)，球面光學(xué)透鏡組，制冷中波紅外焦平面探測(cè)器像面(5)以及長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡(6)、球面光學(xué)透鏡組(7)、長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器像面(8)照射到對(duì)應(yīng)探測(cè)器元件上，得到最后的像。有益效果本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用了一種符合介質(zhì)動(dòng)力學(xué)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩，并使用一種非球面校正板及長(zhǎng)波非球面校正鏡進(jìn)行像質(zhì)補(bǔ)償。在減小介質(zhì)阻力、提高運(yùn)動(dòng)范圍的同時(shí)，對(duì)中、長(zhǎng)波紅外目標(biāo)成像，且使成像質(zhì)量接近衍射極限， 光圈數(shù)F值小于2.0，并能夠進(jìn)行較大范圍的視場(chǎng)掃描(大于40° )。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，中波探測(cè)達(dá)到100%冷光闌效率，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)前端頂點(diǎn)沿光軸方向到探測(cè)器像面(8)的間距是系統(tǒng)焦距的5. 8倍。特別適合于作為紅外導(dǎo)引頭應(yīng)用于現(xiàn)代偵查、救援等領(lǐng)域中。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是不同旋轉(zhuǎn)角度的萬(wàn)向節(jié)系統(tǒng)掃描方向示意圖；圖3是已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1-旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩、2-非球面校正板，3-萬(wàn)向節(jié)位置，4-球面光學(xué)透鏡組，5-制冷中波紅外焦平面探測(cè)器像面，6-以及長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡，7-球面光學(xué)透鏡組，8-長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器像面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明將主要應(yīng)用于大掃描視場(chǎng)紅外雙波段焦平面成像?？蓮V泛應(yīng)用于現(xiàn)代偵查、救援等領(lǐng)域中。如圖1所示，本發(fā)明的一種含非球面整流罩的大視場(chǎng)掃描紅外光學(xué)系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)，非球面校正板O)，萬(wàn)向節(jié)位置(5)，球面光學(xué)透鏡組，制冷中波紅外焦平面探測(cè)器像面(5)、長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡(6)、球面光學(xué)透鏡組(7)、長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器像面⑶；在光的傳播方向上，以上各光學(xué)元件依次按圖1順序排放。實(shí)施例中，無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo)發(fā)射的中、長(zhǎng)波紅外輻射依次經(jīng)過(guò)各光學(xué)元件后照射到對(duì)應(yīng)探測(cè)器元件上，得到最后的像。實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)是有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸的非球面，非球面校正板(2)用于校正像差，萬(wàn)向節(jié)(5)可進(jìn)行大范圍視場(chǎng)掃描，長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡(6)可矯正系統(tǒng)長(zhǎng)波像差；旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩⑴前端頂點(diǎn)沿光軸方向到探測(cè)器像面⑶的間距是系統(tǒng)焦距的5. 8倍。實(shí)施例中系統(tǒng)面型具體參數(shù)如表1所示。實(shí)施例中，采用的非球面整流罩符合流體動(dòng)力學(xué)原理，使用非球面校正板及長(zhǎng)波非球面校正鏡進(jìn)行像質(zhì)補(bǔ)償，采用萬(wàn)向節(jié)光機(jī)掃描成像結(jié)構(gòu)，主要有如下優(yōu)點(diǎn)1.在減小介質(zhì)阻力、提高運(yùn)動(dòng)范圍的同時(shí)，使成像質(zhì)量接近衍射極限，且光圈數(shù)F 的值小于2.0。2.后續(xù)光學(xué)成像系統(tǒng)中使用了非球面校正板、長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡，這種結(jié)構(gòu)有效矯正了系統(tǒng)色差，使系統(tǒng)體積緊湊，降低誤報(bào)警率，提高探測(cè)靈敏度。3.系統(tǒng)體積緊湊，達(dá)到100%冷光闌效率，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)前端頂點(diǎn)延光軸方向到探測(cè)器像面(10)的間距是系統(tǒng)焦距的5. 8倍。表1(單位:mm)
權(quán)利要求
1.一種含非球面整流罩的紅外雙波長(zhǎng)掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)，非球面校正板O)，萬(wàn)向節(jié)位置(5)，球面光學(xué)透鏡組G)，制冷中波紅外焦平面探測(cè)器像面(5)、長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡(6)、球面光學(xué)透鏡組(7)、長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器像面(8)；在光的傳播方向上，以上各光學(xué)元件依次按圖1順序排放；無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo)發(fā)射的中、長(zhǎng)波紅外輻射依次經(jīng)過(guò)各光學(xué)元件后照射到對(duì)應(yīng)探測(cè)器元件上，得到最后的像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含非球面整流罩的紅外雙波長(zhǎng)掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)是有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸的非球面，非球面校正板(2)用于校正像差，萬(wàn)向節(jié)(5)可進(jìn)行大范圍視場(chǎng)掃描，長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡(6)可矯正系統(tǒng)長(zhǎng)波像差； 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)前端頂點(diǎn)沿光軸方向到探測(cè)器像面(8)的間距是系統(tǒng)焦距的 5. 8 倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含非球面整流罩的紅外雙波長(zhǎng)掃描光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法如下1)、采用符合介質(zhì)動(dòng)力學(xué)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩(1)，使用非球面校正板O)、長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡(6)進(jìn)行像質(zhì)補(bǔ)償。在減小介質(zhì)阻力、提高運(yùn)動(dòng)范圍的同時(shí)，使中波、長(zhǎng)波紅外成像質(zhì)量同時(shí)接近衍射極限，且光圈數(shù)F的值小于2. 0 ；2)、為了使系統(tǒng)在大的跟蹤視場(chǎng)的目標(biāo)能成像在探測(cè)器像面上，采用萬(wàn)向節(jié)( 對(duì)定目標(biāo)視場(chǎng)范圍進(jìn)行光機(jī)掃描。如圖2所示，(a) (b) (c)分別對(duì)應(yīng)0°、10°、20°關(guān)聯(lián)視場(chǎng)， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。系統(tǒng)掃描視場(chǎng)可達(dá)到40°，瞬時(shí)視場(chǎng)可達(dá)到4° ；3)、為了降低誤報(bào)警率，提高探測(cè)靈敏度，本發(fā)明在后續(xù)光學(xué)成像系統(tǒng)中使用了非球面校正板O)、長(zhǎng)波紅外非球面校正鏡(6)，這種結(jié)構(gòu)有效矯正了系統(tǒng)色差，使系統(tǒng)體積緊湊， 中波探測(cè)達(dá)到100%冷光闌效率，且中波、長(zhǎng)波紅外成像質(zhì)量同時(shí)接近衍射極限。
全文摘要
本發(fā)明涉及含非球面整流罩的紅外雙波長(zhǎng)掃描光學(xué)系統(tǒng)，屬于光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包含旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面整流罩、雙波長(zhǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)和兩組探測(cè)器像面。系統(tǒng)采用符合流體動(dòng)力學(xué)的非球面特殊整流罩，流體動(dòng)力學(xué)性能良好；利用雙波長(zhǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)對(duì)中波紅外和長(zhǎng)波紅外分別成像。本發(fā)明滿(mǎn)足介質(zhì)動(dòng)力學(xué)特性，系統(tǒng)成像質(zhì)量好、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可達(dá)到60°以上掃描視場(chǎng)，具備高防誤報(bào)警能力，高靈敏度，可廣泛應(yīng)用于偵查、救援等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02B27/00GK102298212SQ20111026285
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者孫碩, 宋大林, 常軍, 張利飛, 張邦帥, 曹嬌, 王慶豐 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)