[發明專利]一種適用于超聲速環境的中波紅外光學鏡頭

有效

• 申請號: 201911169234.8
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN110927938B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 趙侃;楊繼興;莊嘉興;張淼;陶玉;張柏寒
• 申請（專利權）人: 天津津航技術物理研究所
• 主分類號: G02B13/14
• 分類號: G02B13/14;G02B1/02
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉二格

本發明公開了一種適用于超聲速環境的中波紅外光學鏡頭，其包括：沿光路方向由前至后同軸布置的光學頭罩(1)、第一透鏡(2)、第二透鏡(3)、第三透鏡(4)、第四透鏡(5)、第五透鏡(6)、第六透鏡(7)和第七透鏡(8)；第一透鏡(2)為凸凹透鏡，第二透鏡(3)為凸凹透鏡，第三透鏡(4)為凸凹透鏡，第四透鏡(5)為凹凸透鏡，第五透鏡(6)為雙凸透鏡，第六透鏡(7)為雙凹透鏡，第七透鏡(8)為雙凸透鏡。本發明采用被動無熱化設計，在?40℃～+80℃溫度范圍內可正常工作，并且省卻了測溫調焦機構，簡化了結構。

技術領域

本發明屬于光學系統設計技術領域，涉及一種適用于超聲速環境的中波紅外光學鏡頭。

背景技術

紅外成像制導技術因其制導精度高、抗干擾能力強、隱蔽性好、效費比高、結構緊湊、機動靈活等優點，已經在現代武器裝備中得到了廣泛應用。超聲速飛行已成為制導武器設計的一個重要指標，當飛行馬赫數為1.3≤Ma≤5.0時，稱為超聲速飛行，此時光學頭罩與氣流之間會發生強烈的相互作用，產生氣動熱，光學頭罩溫度急劇升高，導致頭罩內外表面產生溫度梯度，并使光學頭罩產生熱變形和熱應力，從而影響紅外成像鏡頭的分辨率及成像質量。因此，氣動熱效應對成像性能的影響及其消除方式，已成為國內外研究的重點。

目前國內的研究重點主要集中在超聲速條件下光學頭罩基底材料的選擇和制備，氣動熱效應下高速飛行器光學頭罩熱(光)傳輸機理的研究，以及相應數學模型的建立上。從光學設計角度出發，從原理上解決氣動熱效應對光學鏡頭性能的影響，目前國內還未有公開的研究成果及相應的專利文獻。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是：提供一種適用于超聲速環境的中波紅外光學鏡頭，實現在超聲速條件下清晰成像，工作波段為3.5μm～5.0μm，采用被動無熱化設計，在-40℃～+80℃溫度范圍內可正常工作，省卻測溫調焦機構。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種適用于超聲速環境的中波紅外光學鏡頭，其包括：沿光路方向由前至后同軸布置的光學頭罩1、第一透鏡2、第二透鏡3、第三透鏡4、第四透鏡5、第五透鏡6、第六透鏡7和第七透鏡8；第一透鏡2為凸凹透鏡，第二透鏡3為凸凹透鏡，第三透鏡4為凸凹透鏡，第四透鏡5為凹凸透鏡，第五透鏡6為雙凸透鏡，第六透鏡7為雙凹透鏡，第七透鏡8為雙凸透鏡。

其中，所述光學頭罩1的光學材料為藍寶石，前后兩表面的半徑范圍依次為109mm～110.5mm和105mm～105.5mm，通光口徑范圍依次為φ120mm～φ125mm和φ108mm～φ122mm，光學厚度范圍為5mm～6mm。

其中，所述第一透鏡2的光學材料為鍺，前后兩表面的半徑范圍依次為115.3mm～117.3mm和47.5mm～48.5mm，通光口徑范圍依次為φ32mm～φ32.5mm和φ31mm～φ31.5mm，光學厚度范圍為4.5mm～5.5mm。

其中，所述第二透鏡3的光學材料為硫化鋅，前后兩表面的半徑范圍依次為64.5mm～65.5mm和31.1mm～32.1mm，通光口徑范圍依次為φ30mm～φ30.5mm和φ28mm～φ28.5mm，光學厚度范圍為5.5mm～6.5mm。

其中，所述第三透鏡4的光學材料為硅，前后兩表面的半徑范圍依次為10.5mm～11.5mm和7.5mm～8.5mm，通光口徑范圍依次為φ16.5mm～φ17mm和φ8.5mm～φ9mm，光學厚度范圍為7.5mm～8.5mm。

其中，所述第四透鏡5的光學材料為鍺，前后兩表面的半徑范圍依次為8.5mm～9.5mm和13.1mm～14.1mm，通光口徑范圍依次為φ10.2mm～φ11.2mm和φ16.5mm～φ17.5mm，光學厚度范圍為6.5mm～7.5mm。