一種彈載探測(cè)識(shí)別用的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種彈載探測(cè)識(shí)別用的大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)。它由一個(gè)光學(xué)玻璃球罩、兩塊折疊平面反射鏡、帶通濾光片、電控光闌和一個(gè)改進(jìn)型的匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)物鏡構(gòu)成。其中，改進(jìn)型的匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)物鏡由兩組雙膠合透鏡組和一片彎月透鏡構(gòu)成。本實(shí)用新型提供的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝與裝調(diào)容易，穩(wěn)定性好。采用兩塊折疊平面鏡，大大減小了系統(tǒng)的長(zhǎng)度，滿(mǎn)足導(dǎo)彈預(yù)留空間要求的同時(shí)，有效降低雜光系數(shù)。本實(shí)用新型采用折反射式的光學(xué)結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)單緊湊、適用于較寬的近紅外波段、適應(yīng)溫度范圍廣，具有色差小、消熱差能力強(qiáng)、畸變小、成像性能優(yōu)等特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種彈載探測(cè)識(shí)別用的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種搭載于導(dǎo)彈的光學(xué)系統(tǒng)，特別涉及一種采用折反射結(jié)構(gòu)的、工作于近紅外波段的、大視場(chǎng)、大口徑、非成像光線(xiàn)抑制性能好的、目標(biāo)跟蹤識(shí)別用光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大視場(chǎng)低雜光目標(biāo)捕獲和跟蹤識(shí)別的高性能光學(xué)系統(tǒng)，是保證飛行器、航天器等的目標(biāo)捕獲精度和提高其探測(cè)識(shí)別效率的重要部件。隨著探測(cè)領(lǐng)域的擴(kuò)展，受工作波段的限制和強(qiáng)的非成像光線(xiàn)干擾，普通光學(xué)系統(tǒng)很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)近紅外波段弱目標(biāo)捕獲、精確跟蹤與快速識(shí)別。
[0003]參見(jiàn)附圖1，它是導(dǎo)彈跟蹤識(shí)別工作模式時(shí)的工作原理示意圖；大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)安裝于導(dǎo)彈上，地物太陽(yáng)光反射光經(jīng)過(guò)導(dǎo)彈上的大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)后，在探測(cè)器的光敏面上形成光學(xué)像，由電子電路采集，經(jīng)圖像處理后輸出捕獲的目標(biāo)圖像，通過(guò)與圖庫(kù)數(shù)據(jù)的對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)地物目標(biāo)的精確捕獲、跟蹤、識(shí)別和探測(cè)。
[0004]光學(xué)系統(tǒng)成像性能和非成像光線(xiàn)抑制性能，即光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量與雜光抑制性能密切相關(guān)。非成像光線(xiàn)即雜光，是制約光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的主要因素之一，根據(jù)在不同能見(jiàn)度條件下，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)地面反射輻亮度和大氣背景輻亮度進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在可見(jiàn)光波段，大氣背景輻亮度大于地面反射輻射亮度，信號(hào)被淹沒(méi)，而在近紅外波段(700nm~lOOOnm)地面反射輻亮度大于大氣背景輻亮度，目標(biāo)信號(hào)能夠被探測(cè)。因此，光學(xué)系統(tǒng)工作于近紅外波段有利于降低非成像光線(xiàn)的干擾。另外，為提高目標(biāo)捕獲效率，要求系統(tǒng)視場(chǎng)大，即要求系統(tǒng)同時(shí)具有寬工作波段、大視場(chǎng)和強(qiáng)的非成像光線(xiàn)抑制性能。寬波段和大視場(chǎng)會(huì)分別導(dǎo)致色差和畸變，大視場(chǎng)還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的非成像光線(xiàn)，影響成像性能。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、適用波段寬、成像性能優(yōu)、雜光抑制性能強(qiáng)的彈載探測(cè)識(shí)別用的大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:提供一種彈載探測(cè)識(shí)別用的大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，它為折反射光學(xué)系統(tǒng)，采用同軸折射結(jié)構(gòu)，沿光線(xiàn)入射方向的光學(xué)元件依次為:彎月形球面負(fù)透鏡、第一折疊平面反射鏡、第二折疊平面反射鏡、光學(xué)濾光片、改進(jìn)型的匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)物鏡、CCD保護(hù)玻璃和像面，所有光學(xué)元件安裝于同一個(gè)鏡筒內(nèi)；所述的改進(jìn)型的匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)物鏡包括第一雙膠合透鏡組、第二雙膠合透鏡組和一塊彎月形球面透鏡；所述的第一雙膠合透鏡組由正透鏡和負(fù)透鏡構(gòu)成，第二雙膠合透鏡組由正透鏡和負(fù)透鏡構(gòu)成，彎月形球面透鏡的彎曲方向?yàn)楸诚蛳衩妫粡澰滦吻蛎尕?fù)透鏡、第一雙膠合透鏡組的正透鏡和負(fù)透鏡、第二雙膠合透鏡組的正透鏡和負(fù)透鏡、彎月形球面透鏡的焦距相對(duì)于大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)焦距的歸一化值分別對(duì)應(yīng)為f，511、廣 512、廣521、廣522、廣53，滿(mǎn)足條件-348 (f，-343,0.89 ≤尸511 ( 0.92,-1.13 ≤尸512 (-1.08,0.62 ≤尸521 ( 0.65,-2.51≤尸522 ( -2.48,-1.14 (f，53 ( -1.09。
[0007]本實(shí)用新型所述大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的焦距/為18皿1 ( f ^ 21mm ;鏡筒長(zhǎng)度L為127mm ^ L ^ 131mm0
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0009]1、本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)采用同軸折射結(jié)構(gòu)，通過(guò)引入兩塊平面反射鏡，有效減小光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)度，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好。
[0010]2、光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)為0° < ω <25°，可探測(cè)范圍廣，探測(cè)識(shí)別成功率高；同時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)的雜光系數(shù)達(dá)到了 0.35% ^ n ^ 0.75%，雜光抑制性能好，可提高識(shí)別精度，降低誤識(shí)別率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是導(dǎo)彈跟蹤識(shí)別工作模式時(shí)的工作原理示意圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的導(dǎo)彈探測(cè)識(shí)別用大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的成像光路圖；
[0013]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的改進(jìn)型的匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)物鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4~5分別是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的用于導(dǎo)彈探測(cè)識(shí)別用大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線(xiàn)；
[0015]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的用于導(dǎo)彈探測(cè)識(shí)別用大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的畸變曲線(xiàn).[0016]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的用于導(dǎo)彈探測(cè)識(shí)別用大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)像面的光線(xiàn)追跡點(diǎn)列圖；
`[0017]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的用于導(dǎo)彈探測(cè)識(shí)別用大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的能量集中度曲線(xiàn)；
[0018]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的用于導(dǎo)彈探測(cè)識(shí)別用大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)照度曲線(xiàn)；
[0019]圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的用于導(dǎo)彈探測(cè)識(shí)別用大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的鬼像分析圖像。
[0020]圖中:1、彎月形球面負(fù)透鏡；2、第一折疊平面反射鏡；3、第二折疊平面反射鏡；4、平行平板濾光片；5、改進(jìn)型的匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)物鏡；511、第一雙膠合組正透鏡；512、第一雙膠合組負(fù)透鏡；521、第二雙膠合組正透鏡；522、第二雙膠合組負(fù)透鏡；53、彎月形球面透鏡；
6、CCD保護(hù)玻璃；7、大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的像平面。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)實(shí)用新型的實(shí)施方案作進(jìn)一步的具體闡述。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]本實(shí)施例的技術(shù)方案是提供一種用于導(dǎo)彈探測(cè)識(shí)別用大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)，它的工作波段為0.72 μ m~1.0 μ m，系統(tǒng)F數(shù)為F/#=3.0，全視場(chǎng)角17.5度。
[0024]參見(jiàn)附圖2和3，它們是本實(shí)施例提供的用于導(dǎo)彈探測(cè)識(shí)別用大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的成像光路圖和改進(jìn)后的匹茲萬(wàn)物鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；由圖2可以看出，該成像光學(xué)系統(tǒng)由兩塊平面反射鏡和七塊透鏡構(gòu)成，沿光線(xiàn)入射方向，依次為彎月形球面負(fù)透鏡1、第一折疊平面反射鏡2、第二折疊平面反射鏡3、光學(xué)濾光片4、改進(jìn)型的匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)物鏡5的第一雙膠合透鏡組51、第二雙膠合透鏡組52和一塊彎月形球面透鏡53構(gòu)成，雙膠合透鏡組51由正透鏡511和負(fù)透鏡512構(gòu)成，第二雙膠合透鏡組52由正透鏡521和負(fù)透鏡522構(gòu)成，光學(xué)系統(tǒng)的像平面7位于焦平面探測(cè)器的光敏面上，6是焦平面探測(cè)器的CCD保護(hù)玻璃。大視場(chǎng)系統(tǒng)光欄位于改進(jìn)型匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)物鏡與光學(xué)濾光片之間，大視場(chǎng)系統(tǒng)光焦度基本由彎月形球面負(fù)透鏡I和改進(jìn)型匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)物鏡5承擔(dān)，彎月形球面負(fù)透鏡主要對(duì)光學(xué)系統(tǒng)起保護(hù)作用。
[0025]由圖3的改進(jìn)后的匹茲萬(wàn)物鏡的結(jié)構(gòu)示意圖中可以看出；在匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)的兩組雙膠合透鏡基礎(chǔ)上，在兩雙膠合鏡組與像面之間，引入一塊彎月形球面透鏡53，彎曲方向?yàn)楸诚蛳衩妫以搹澰滦吻蛎嫱哥R靠近像平面，可用作場(chǎng)校正，減小與視場(chǎng)相關(guān)的像差。
[0026]本實(shí)施例提供的大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)各光學(xué)元件的相關(guān)參數(shù)如下:系統(tǒng)的焦距為20mm，彎月形球面負(fù)透鏡1、第一雙膠合組正透鏡511、第一雙膠合組負(fù)透鏡512、第二雙膠合組正透鏡521、第二雙膠合組負(fù)透鏡522和彎月形球面透鏡53的曲率半徑依次分別為 140.0mm、131.5m、-10.0mm、_5.5mm、-10.1mm、11.5mm、-22.1mm、-58.9mm、_6.4mm、-1 1.3mm ;沿光線(xiàn)入射方向，各透鏡的厚度依次為8.5_、2.0mm、3.0_、2.7_、2.8_、2.6mm ;各透鏡的折射率依次為 1.52、1.55、1.75、1.61、1.76、1.75。
[0027]為克服導(dǎo)彈艙實(shí)際使用條件限制，本實(shí)用新型一方面在透鏡I與匹茲萬(wàn)物鏡之間引入兩塊折疊反射鏡，整個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)度僅100mm，為無(wú)折疊鏡系統(tǒng)的三分之二，大大減小整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的尺寸；并且通過(guò)光路轉(zhuǎn)折，可有效降低光學(xué)系統(tǒng)的雜散光影響；另一方面，將匹茲萬(wàn)物鏡設(shè)計(jì)在靠近像面的位置，物鏡口徑小、球差校正難度??；彎月形負(fù)透鏡I與匹茲萬(wàn)物鏡靠近光欄的鏡片都彎向光欄設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上具有一定的對(duì)稱(chēng)性、有利于垂軸像差的校正；采用膠合透 鏡，通過(guò)選擇合理匹配的光學(xué)材料，可減小色差，最后一片彎月形小透鏡用于校正場(chǎng)曲。
[0028]參見(jiàn)附圖4和圖5，它們分別是本實(shí)例所描述的光學(xué)系統(tǒng)在物距為無(wú)窮遠(yuǎn)和2km處不同視場(chǎng)的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)曲線(xiàn)。
[0029]本實(shí)施例提供的用于導(dǎo)彈探測(cè)識(shí)別用大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)各個(gè)視場(chǎng)在不同溫度下的MTF值如表1所示。
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種彈載探測(cè)識(shí)別用的大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于它為折反射光學(xué)系統(tǒng)，采用同軸折射結(jié)構(gòu)，沿光線(xiàn)入射方向的光學(xué)元件依次為:彎月形球面負(fù)透鏡(I)、第一折疊平面反射鏡(2)、第二折疊平面反射鏡(3)、光學(xué)濾光片(4)、改進(jìn)型的匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)物鏡(5)、(XD保護(hù)玻璃(6)和像面(7)，所有光學(xué)元件安裝于同一個(gè)鏡筒內(nèi)；所述的改進(jìn)型的匹茲萬(wàn)結(jié)構(gòu)物鏡包括第一雙膠合透鏡組(51)、第二雙膠合透鏡組(52)和一塊彎月形球面透鏡(53);所述的第一雙膠合透鏡組由正透鏡(511)和負(fù)透鏡(512)構(gòu)成，第二雙膠合透鏡組由正透鏡(521)和負(fù)透鏡(522)構(gòu)成，彎月形球面透鏡(53)的彎曲方向?yàn)楸诚蛳衩妫粡澰滦吻蛎尕?fù)透鏡、第一雙膠合透鏡組的正透鏡和負(fù)透鏡、第二雙膠合透鏡組的正透鏡和負(fù)透鏡、彎月形球面透鏡的焦距相對(duì)于大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)焦距的歸一化值分別對(duì)應(yīng)為f，P f，511、f，512、f，521、f，522、/，53,滿(mǎn)足條件-348≤f，A -343,0.89 ≤ f，511 ≤ 0.92、-1.13 ≤ f，512 ≤ -1.08、0.62 ≤ f，521 ≤ 0.65、-2.51 ≤ f，522 ≤ -2.48、-1.14≤-1.09。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彈載探測(cè)識(shí)別用的大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的焦距/'為18mm ≤ f ≤ 21mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彈載探測(cè)識(shí)別用的大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的鏡筒長(zhǎng)度L為127皿1≤L≤131mm。
【文檔編號(hào)】G01J5/08GK203606560SQ201320674798
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】季軼群, 石榮寶, 周建康, 王巖 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)