CN102298212A - 含非球面整流罩的红外双波长扫描光学*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及含非球面整流罩的红外双波长扫描光学***,属于光学仪器技术领域。该***包含旋转对称非球面整流罩、双波长光学成像***和两组探测器像面。***采用符合流体动力学的非球面特殊整流罩,流体动力学性能良好;利用双波长光学成像***对中波红外和长波红外分别成像。本发明满足介质动力学特性,***成像质量好、重量轻、结构简单,可达到60°以上扫描视场,具备高防误报警能力,高灵敏度,可广泛应用于侦查、救援等领域。
Description
技术领域
本范明属于光学仪器技术领域,涉及一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学***,特别适用于中波、长波双焦平面成像。
背景技术
红外成像技术在现代侦查、救援中的作用日益突出。作为成像元件,推进器导引头的光学整流罩在满足光学探测***像质要求的同时,还需满足流体动力学低阻力的要求。旋转对称非球面光学整流罩的外表面具有较尖的拱状外形,更能满足介质动力学性能要求。但是,当整流罩后面的光学***对一定范围的视场进行跟踪扫描成像时,由于参与成像的整流罩面型是非球面的,给后续的光学***引入各种像差,严重影响成像质量。
与本发明最为接近的已有技术是专利CN.200910236443.x,该光学***只有5°-10°视场,且只能进行单一波长谱段,难以满足推进器在侦查、救援等领域要求低误报警率、高灵敏度的使用条件。
为了克服上述缺点,特设计一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学***,可适于较大范围的扫描视场(大于40°),***结构简单,并可同时进行中、长波成像,并在光圈数F为2.0时获得接近衍射极限的调制传递函数(MTF)值。
发明内容
本发明的目的是解决非球面整流罩条件下,***单一波长红外成像及视场较小的问题,提出一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学***。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明的一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学***包括:旋转对称非球面整流罩(1),非球面校正板(2),万向节位置(5),球面光学透镜组(4),制冷中波红外焦平面探测器像面(5)以及长波红外非球面校正镜(6)、球面光学透镜组(7)、长波红外焦平面探测器像面(8);在光的传播方向上,以上各光学元件依次按图1顺序排放;无穷远目标发射的中、长波红外辐射依次经过各光学元件后照射到对应探测器元件上,得到最后的像。
其中,旋转对称非球面整流罩(1)是有旋转对称轴的非球面,非球面校正板(2)用于校正像差,万向节(5)可进行大范围视场扫描,长波红外非球面校正镜(6)可矫正***长波像差;旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点沿光轴方向到探测器像面(8)的间距是***焦距的5.8倍。
本发明具体设计方法如下:
1.采用符合介质动力学的旋转对称非球面整流罩(1),使用非球面校正板(2)、长波红外非球面校正镜(6)进行像质补偿。在减小介质阻力、提高运动范围的同时,使中波、长波红外成像质量同时接近衍射极限,且光圈数F的值小于2.0;
2.为了使***在大的跟踪视场的目标能成像在探测器像面上,采用万向节(5)对定目标视场范围进行光机扫描。如图2所示,(a)(b)(c)分别对应0°、10°、20°关联视场,结构简单。***扫描视场可达到40°,瞬时视场可达到4°;
3.为了降低误报警率,提高探测灵敏度,本发明在后续光学成像***中使用了非球面校正板(2)、长波红外非球面校正镜(6),这种结构有效矫正了***色差,使***体积紧凑,中波探测达到100%冷光阑效率,且中波、长波红外成像质量同时接近衍射极限。
通过以上的设计方法,本发明的一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学***可适于大于40°范围的扫描视场,***结构简单,并在光圈数F为2.0时获得接近衍射极限的调制传递函数(MTF)值。
本发明的工作原理:无穷远目标发射的中、长波红外辐射依次经过旋转对称非球面整流罩(1),非球面校正板(2),万向节位置(5),球面光学透镜组(4),制冷中波红外焦平面探测器像面(5)以及长波红外非球面校正镜(6)、球面光学透镜组(7)、长波红外焦平面探测器像面(8)照射到对应探测器元件上,得到最后的像。
有益效果
本发明对比已有技术具有以下显著优点:本发明采用了一种符合介质动力学的旋转对称非球面整流罩,并使用一种非球面校正板及长波非球面校正镜进行像质补偿。在减小介质阻力、提高运动范围的同时,对中、长波红外目标成像,且使成像质量接近衍射极限,光圈数F值小于2.0,并能够进行较大范围的视场扫描(大于40°)。***结构简单,中波探测达到100%冷光阑效率,旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点沿光轴方向到探测器像面(8)的间距是***焦距的5.8倍。特别适合于作为红外导引头应用于现代侦查、救援等领域中。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图;
图2是不同旋转角度的万向节***扫描方向示意图;
图3是已有技术的结构示意图;
图中,1-旋转对称非球面整流罩、2-非球面校正板,3-万向节位置,4-球面光学透镜组,5-制冷中波红外焦平面探测器像面,6-以及长波红外非球面校正镜,7-球面光学透镜组,8-长波红外焦平面探测器像面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例如图1所示,本发明将主要应用于大扫描视场红外双波段焦平面成像。可广泛应用于现代侦查、救援等领域中。
如图1所示,本发明的一种含非球面整流罩的大视场扫描红外光学***,包括旋转对称非球面整流罩(1),非球面校正板(2),万向节位置(5),球面光学透镜组(4),制冷中波红外焦平面探测器像面(5)、长波红外非球面校正镜(6)、球面光学透镜组(7)、长波红外焦平面探测器像面(8);在光的传播方向上,以上各光学元件依次按图1顺序排放。
实施例中,无穷远目标发射的中、长波红外辐射依次经过各光学元件后照射到对应探测器元件上,得到最后的像。
实施例中,旋转对称非球面整流罩(1)是有旋转对称轴的非球面,非球面校正板(2)用于校正像差,万向节(5)可进行大范围视场扫描,长波红外非球面校正镜(6)可矫正***长波像差;旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点沿光轴方向到探测器像面(8)的间距是***焦距的5.8倍。
实施例中***面型具体参数如表1所示。
实施例中,采用的非球面整流罩符合流体动力学原理,使用非球面校正板及长波非球面校正镜进行像质补偿,采用万向节光机扫描成像结构,主要有如下优点:
1.在减小介质阻力、提高运动范围的同时,使成像质量接近衍射极限,且光圈数F的值小于2.0。
2.后续光学成像***中使用了非球面校正板、长波红外非球面校正镜,这种结构有效矫正了***色差,使***体积紧凑,降低误报警率,提高探测灵敏度。
3.***体积紧凑,达到100%冷光阑效率,旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点延光轴方向到探测器像面(10)的间距是***焦距的5.8倍。
表1(单位:mm)
Claims (3)
1.一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学***,其特征在于:包括旋转对称非球面整流罩(1),非球面校正板(2),万向节位置(5),球面光学透镜组(4),制冷中波红外焦平面探测器像面(5)、长波红外非球面校正镜(6)、球面光学透镜组(7)、长波红外焦平面探测器像面(8);在光的传播方向上,以上各光学元件依次按图1顺序排放;无穷远目标发射的中、长波红外辐射依次经过各光学元件后照射到对应探测器元件上,得到最后的像。
2.根据权利要求1所述的一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学***,其特征在于:旋转对称非球面整流罩(1)是有旋转对称轴的非球面,非球面校正板(2)用于校正像差,万向节(5)可进行大范围视场扫描,长波红外非球面校正镜(6)可矫正***长波像差;旋转对称非球面整流罩(1)前端顶点沿光轴方向到探测器像面(8)的间距是***焦距的5.8倍。
3.根据权利要求1所述的一种含非球面整流罩的红外双波长扫描光学***,其特征在于该***的设计方法如下:
1)、采用符合介质动力学的旋转对称非球面整流罩(1),使用非球面校正板(2)、长波红外非球面校正镜(6)进行像质补偿。在减小介质阻力、提高运动范围的同时,使中波、长波红外成像质量同时接近衍射极限,且光圈数F的值小于2.0;
2)、为了使***在大的跟踪视场的目标能成像在探测器像面上,采用万向节(5)对定目标视场范围进行光机扫描。如图2所示,(a)(b)(c)分别对应0°、10°、20°关联视场,结构简单。***扫描视场可达到40°,瞬时视场可达到4°;
3)、为了降低误报警率,提高探测灵敏度,本发明在后续光学成像***中使用了非球面校正板(2)、长波红外非球面校正镜(6),这种结构有效矫正了***色差,使***体积紧凑,中波探测达到100%冷光阑效率,且中波、长波红外成像质量同时接近衍射极限。
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