[發明專利]高精度小型化紅外光學系統

無效

• 申請號: 201210587761.2
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN102980666A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 陳剛義;叢海佳;范志剛;孫永雪;劉建軍;胡海力;趙曉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01J5/08
• 分類號: G01J5/08;G02B13/02;G02B13/14;G02B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及中波紅外技術領域，尤其涉及一種具有高精度、大視場、小型化的中波紅外光學系統，應用于精確制導領域。

背景技術

近年來，隨著精確制導武器在現代戰爭中的地位不斷提高，紅外成像尋的制導技術的開發與運用越來越受到國內外的重視，而隨著作戰使命和作戰環境的日益復雜化，精確制導武器對紅外成像光學系統的要求也越來越高，要求紅外成像光學系統具有高探測靈敏度、高空間分辨率、大動態范圍，并具有較強的目標識別能力、抗干擾能力和戰場環境適應性。為此武器系統對紅外成像光學系統提出越來越高的要求，在高性能的紅外成像光學系統設計中必須考慮到紅外成像制導導彈作戰的對象、使用的環境，充分重視紅外成像光學系統的權衡設計、紅外焦平面陣列探測器的優化應用、復雜背景和對抗條件下的自主目標識別等問題，這樣才能設計出高性能的紅外成像光學系統，全面滿足武器系統對紅外成像光學系統所提出越來越高的要求。

紅外成像光學系統具有被動工作、隱蔽性強、可全天時全天候工作、抗干擾能力較強等優點。可通過對視場內紅外輻射高靈敏度、高分辨率、高幀頻的被動成像，獲取豐富的景物信息，完成對目標的精確測量，實現對目標識別和命中點的精確選擇。紅外成像是一種基于傳統的光學成像機理的技術。紅外成像制導的空間分辨率高；目標成像能力較強，目標識別與命中點選擇更加可靠；干擾因素相對較少，信息處理簡單。因此，紅外成像制導具有良好的發展前景。而紅外成像制導技術更重要的是紅外光學系統的設計，一種高精度小型化的光學系統的設計顯得尤為重要。

然而現有的紅外光學系統存在以下問題：

（1）掃描型光學系統雖然視場覆蓋的范圍大，但信息獲取不連續，且有光機掃描裝置，體積大，結構復雜；

（2）凝視型光學系統不需要光機掃描裝置，但瞬時視場一般比較?。?/p>

（3）一般紅外成像光學系統不僅需要具有較大的搜索視場，還應具備較高的成像分辨率，但分辨率提高會帶來系統焦距和口徑增加，使系統體積增大；

（4）紅外光學玻璃的材料選擇具有局限性；

（5）結構復雜，成本高。

發明內容

為了解決現有紅外光學系統存在高精度、小型化、大視場之間的矛盾，本發明提供了一種高精度小型化紅外光學系統。

本發明的高精度小型化紅外光學系統從物面到像面依次同軸設置有整流罩平板1、光焦度為正的前透鏡組2、光焦度為負的后透鏡組3和紅外成像探測器4，且紅外光學系統焦距之間的關系滿足下列條件：

???????????????????????????????????????（1）；

??????????????????????????????????（2）；

其中，為前組透鏡焦距，為后組透鏡焦距，為系統總焦距，為系統總焦距與系統總長之比，為前后透鏡組的間距。

本發明紅外光學系統初始結構選擇遠攝型折射一次成像的結構形式，通過合理分配前后透鏡組的光焦度，使整個系統的長度縮小，視場增大，且采用小像元紅外焦平面探測器，使系統的分辨率增高。本發明的高精度小型化紅外光學系統既滿足高分辨率的要求，又滿足小型化的需求。本發明對比現有技術具有以下顯著優點：

（1）結構簡單，體積小，適合小型化的紅外光學系統使用；

（2）具有較大的搜索視場；

（3）具有高成像分辨率；

（4）具有較高的透過率，透過率能達到90%以上；

（5）結構緊湊，綜合成本低廉，符合經濟性原則；

（6）可以應用于高精度，大視場，輕型化需要的中波紅外精確制導領域。

附圖說明

圖1為本發明的紅外光學系統結構示意圖；

圖2為本發明的紅外光學系統在-40℃時的光學傳遞函數MTF圖；

圖3為本發明的紅外光學系統在20℃時的光學傳遞函數MTF圖；

圖4為本發明的紅外光學系統在60℃時的光學傳遞函數MTF圖；

圖5為本發明的紅外光學系統在-40℃時的能量包圍圓圖；

圖6為本發明的紅外光學系統在20℃時的能量包圍圓圖；

圖7為本發明的紅外光學系統在60℃時的能量包圍圓圖；

圖8為本發明的紅外光學系統在-40℃時的點列圖；

圖9為本發明的紅外光學系統在20℃時的點列圖；

圖10為本發明的紅外光學系統在60℃時的點列圖；

圖11為現有技術折射二次成像紅外光學系統結構圖；

圖12為現有技術折反形式紅外光學系統結構圖。