[實用新型]一種用于超音速制導的折射式紅外光學系統

有效

• 申請號: 201020535905.6
• 申請日: 2010-09-20
• 公開（公告）號: CN201945744U
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 康為民;張建隆
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B3/02;G02B1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本實用新型涉及一種光學系統，更具體地說，它涉及一種用于超音速制導的折射式紅外光學系統。

(二)背景技術

紅外光學系統是紅外成像制導系統中的重要組成部分，在軍事領域中有著廣泛的應用。超音速制導的紅外光學系統由于其高速飛行的過程中周圍會產生很復雜的氣流擾動，致使光學系統整流罩與大氣發生劇烈的摩擦，整流罩溫度升高，存在強烈的紅外背景干擾。另外，在氣流的擾動下，流場溫度、密度的變化等氣動光學傳輸效應會引起目標輻射傳播路徑上介質折射率的變化和波動，進而導致像面模糊、抖動、畸變、能量損耗和位置漂移等現象，因此會嚴重影響目標的捕獲、目標質心軌道和目標形狀，從而降低導引頭對目標的探測、跟蹤和識別能力，影響末制導精度，嚴重時可造成導彈制導系統完全失效。

對于現有的紅外折射一次成像光學系統，由于需要100％的冷光闌效率，通常將探測器的冷光闌設為系統的孔徑光闌，這樣便會使入瞳位置位于整流罩后，導致不同視場的入射光將沿著整流罩的不同位置進入成像系統中。由于超音速制導的整流罩在氣動環境下的溫度場分布是不均勻的，于是光學系統不同視場產生的紅外背景干擾是不同的，從而造成光學系統成像均勻性嚴重下降。又因為氣動環境下整流罩不同位置的流場折射率分布也是不均勻的，于是導致不同視場下的光線在焦平面上的偏移不同，進而產生畸變和位置漂移，從而影響光學系統的成像質量。

(三)發明內容

基于上述技術中存在的一些問題，本實用新型的目的是提出一種有效減輕氣動熱輻射和氣動光學傳輸效應，能夠用于超音速制導的折射式紅外光學系統，該系統的特征在于利用二次成像的方式將光學系統的入瞳位置設計在了整流罩處。

本實用新型是采用以下技術方案實現的：

物方先由前組透鏡群完成一次成像，然后再經后組透鏡群、杜瓦瓶窗口、濾光片、冷光闌完成二次成像于探測器陣列上。

透鏡組中的鏡片可采用不同的紅外材料來消除色差，并在適當的透鏡表面采用非球面設計，用以減小系統鏡片數、優化系統結構，提高成像質量。由于采用了二次成像的方式，可以在保證出瞳與探測器冷光闌匹配的前提下將入瞳位置提前至整流罩處，從而滿足系統的100％冷光闌效率。

本實用新型的優點是：

1、采用了紅外折射式二次成像光學系統，使整流罩口徑可以做到與入瞳大小相當，進入系統的雜散光少。

2、入瞳位置設定在整流罩處，使得不同視場的入射光將從整流罩的同一位置進入成像系統中，于是光學系統在氣動環境下不同視場的紅外背景干擾是相同的，減輕了氣動熱輻射效應對像面均勻性的影響。同時，不同視場的入射光經過整流罩表面的湍流混合層是相同的，因此減小了不同視場下由于混合層氣體密度梯度的變化導致的圖像畸變，提高了成像質量。

(四)附圖說明

圖1是本實用新型折射式紅外光學系統的結構示意圖；

圖2是本實用新型折射式紅外光學系統的光學傳遞函數曲線圖；

圖3是本實用新型折射式紅外光學系統的點列圖。

圖中：前組透鏡群1??整流罩2??透鏡3??透鏡4??透鏡5??透鏡6??透鏡7??透鏡8杜瓦瓶窗口9??濾光片10??冷光闌11??探測器陣列12??后組透鏡群13。

(五)具體實施方案

下面結合附圖與具體實施方式對本實用新型作進一步詳細描述：

圖1中，光學系統物方先由前組透鏡群1完成一次成像，然后再經后組透鏡群13、杜瓦瓶窗口9、濾光片10、冷光闌11完成二次成像于探測器陣列12上。前組透鏡群1由整流罩2，正光焦度透鏡3和負光焦度透鏡4組成，整流罩2采用低成本的氟化鎂材料，透鏡3和透鏡4采用彎月型透鏡，兩者均彎向像方。后組透鏡群13由四片透鏡組成，其中透鏡5為正光焦度彎月型透鏡，彎向物方，其作用是使斜光束發生偏折，用以減小光學系統的直徑，透鏡6為雙凸型透鏡，透鏡7和透鏡8為彎向物方的彎月形透鏡，其中透鏡7為負光焦度透鏡，透鏡8為正光焦度透鏡。透鏡3和透鏡6采用了非球面，用以減小系統中的像差，提高成像質量。為了消除色差，透鏡組采用了鍺和硅兩種不同的光學材料，其中透鏡3、透鏡5、透鏡6和透鏡8為硅材料，透鏡4和透鏡7為鍺材料。杜瓦瓶窗口9為硅材料，濾光片10為鍺材料。由于需要考慮100％的冷光闌效率，以保證探測器陣列具有良好的性能，將探測器的冷光闌11作為系統的孔徑光闌。利用光學設計軟件保證光學系統的入瞳在整流罩處，并優化系統參數以保證成像質量，最終得到光學系統的具體設計參數如表1所示。