一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)，光線經(jīng)過整流罩后到達柱面校正透鏡，由柱面校正透鏡完成對對光線相位的校正，透過柱面校正透鏡的光線經(jīng)過成像透鏡組的出射，經(jīng)過成像透鏡組出射的光線經(jīng)過光闌后在探測器面成像；所述的柱面校正透鏡、成像透鏡組和光闌繞整流罩光軸上的一旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動并與z軸角度為α，同時柱面校正透鏡也圍繞自身光軸z’進行旋轉(zhuǎn)，順時針所轉(zhuǎn)角度為β，且β=f(α)，當光學(xué)系統(tǒng)對不同目標視場進行成像時，分別旋轉(zhuǎn)α，β時，實現(xiàn)對該目標視場物體進行完善成像。該系統(tǒng)能在大框架角（≥100°）內(nèi)探測和跟蹤目標的要求，用途廣泛。
【專利說明】一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，傳統(tǒng)的飛行器整流罩一般為球形，這樣對后面成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的較為簡單，但當飛行器的速度達到幾個馬赫時，由于氣動加熱會在飛行器整流罩的頂端和邊緣溫度駐點，對視場內(nèi)的圖像形成干擾噪聲，嚴重時可導(dǎo)致無法識別目標。另外球形整流罩在高速度下，其空氣阻力非常大，嚴重限制了飛行器的速度和航程。而共形飛行器整流罩采用的是流線型的曲面代替?zhèn)鹘y(tǒng)的球面，包括二次曲面、非球面和其它能提高飛行性能的各種幾何表面。由于共形整流罩具有良好的氣動特性，可以很好的克服上述球形整流罩的缺點，提高了飛行器的速度與航程，而且還具有很好的隱身能力。但由于共形窗口曲率隨視場變化，使得各個視場的像差的都不同，校正困難，增加了成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的難度。
[0003]為了消除像差隨視場變化帶來的影響，獲得好的成像質(zhì)量，目前主要有四種校正的方法，一是采用旋轉(zhuǎn)的Zernike光楔,表面的面型是由Zernike多項式來表示；第二種是采用固定的校正片來實現(xiàn)像差的校正，這種方法是通過在整流罩和成像系統(tǒng)之間加入一片透鏡；另一種是采用可變形的反射鏡來矯正，隨著視場的變化反射鏡的表面形狀可以相應(yīng)改變來達到校正像差的目的；還有通過傾斜部分光學(xué)元件的方法，利用產(chǎn)生的像差來平衡整流罩的像散和慧差。
[0004]上述幾種方法雖然可以校正一定角度范圍內(nèi)(小于50° )的共形窗口的像差，但是在大目標視場時，都不能校正共形窗口帶來像散和慧差，無法實現(xiàn)無漸暈大目標視場的良好成像，限制了共形光學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在大目標視場的完善成像，且該光學(xué)結(jié)構(gòu)緊湊，裝調(diào)容易，而且穩(wěn)定性高。
[0006]本發(fā)明提供一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括整流罩、柱面校正透鏡、成像透鏡組和光闌，光線經(jīng)過整流罩后到達柱面校正透鏡，由柱面校正透鏡完成對對光線相位的校正，透過柱面校正透鏡的光線經(jīng)過成像透鏡組出射，經(jīng)過成像透鏡組出射的光線經(jīng)過光闌后在探測器面成像；所述的柱面校正透鏡、成像透鏡組和光闌繞整流罩光軸上旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動并與ζ軸所成的角度為α，同時柱面校正透鏡也圍繞其自身光軸ζ’進行旋轉(zhuǎn)，順時針所轉(zhuǎn)角度為β，且β =f U)，當光學(xué)系統(tǒng)對不同目標視場進行成像時，分別旋轉(zhuǎn)α，β時，實現(xiàn)對該目標視場物體進行完善成像。
[0007]本發(fā)明所述的整流罩的光焦度1/Π為負，柱面校正透鏡的光焦度l/f2為正，成像透鏡組的光焦度l/f3為正。
[0008]本發(fā)明所述的整流罩外表面為橢球面，內(nèi)表面為非球面，柱面校正透鏡前后表面中至少有一個是圓柱面。[0009]本發(fā)明所述的成像透鏡組為折反式結(jié)構(gòu)，包括至少一片反射鏡和一片透鏡。
[0010]本發(fā)明所述的成像透鏡組為一體式折反成像結(jié)構(gòu)，包含四個光學(xué)表面均為高次非球面，前后各兩個，透過柱面校正透鏡的光線先從成像透鏡組前表面外環(huán)區(qū)域入射，到后表面外環(huán)區(qū)域時發(fā)生內(nèi)反射，再到前表面中心區(qū)域又發(fā)生內(nèi)反射，最后經(jīng)過后表面中心區(qū)域出射。
[0011]本發(fā)明所述的成像透鏡組的表面非球面滿足如下函數(shù):
【權(quán)利要求】
1.一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)包括整流罩(LI)、柱面校正透鏡(L2)、成像透鏡組(L3)和光闌(1)，光線經(jīng)過整流罩(LI)后到達柱面校正透鏡(L2)，由柱面校正透鏡(L2)完成對對光線相位的校正，透過柱面校正透鏡(L2)的光線經(jīng)過成像透鏡組(L3)出射，經(jīng)過成像透鏡組(L3)出射的光線經(jīng)過光闌(I)后在探測器面成像；所述的柱面校正透鏡(L2)、成像透鏡組(L3)和光闌(I)繞整流罩(LI)光軸上的旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動并與z軸所成的角度為α，同時柱面校正透鏡(L2)圍繞自身光軸ζ’旋轉(zhuǎn)，順時針所轉(zhuǎn)角度為β，且i3=fU)，當光學(xué)系統(tǒng)對不同目標視場進行成像時，分別旋轉(zhuǎn)α，β時，實現(xiàn)對該目標視場物體進行完善成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的整流罩(LI)的光焦度Ι/fl為負，柱面校正透鏡(L2)的光焦度l/f2為正，成像透鏡組(L3)的光焦度l/f3為正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的整流罩(LI)外表面為橢球面，內(nèi)表面為非球面，柱面校正透鏡(L2)前后表面中至少有一個是圓柱面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的成像透鏡組(L3)包括至少一片反射鏡和一片透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的成像透鏡組(L3)為一體式折反成像結(jié)構(gòu)，包含四個光學(xué)表面均為高次非球面，前后各兩個，透過柱面校正透鏡的光線先從成像透鏡組前表面外環(huán)區(qū)域(S5)入射，到后表面外環(huán)區(qū)域(S6)時發(fā)生內(nèi)反射，再到前表面中心區(qū)域(S7)又發(fā)生內(nèi)反射，最后經(jīng)過后表面中心區(qū)域(S8)出射。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的成像透鏡組(L3)的表面非球面滿足如下函數(shù):
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的整流罩(LI)的材料為熱壓氟化鎂，折射率為1.38，阿貝數(shù)為106.2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型大框架角共形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的成像透鏡組(L3)材料為單晶鍺，折射率為4.2，色散為103.4。
【文檔編號】G02B17/08GK103926693SQ201410123058
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】虞林瑤, 魏群, 張?zhí)煲? 王超, 朱瑞飛, 賈宏光 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所