CN112394430A - 一种通用低成本大视场激光导引头光学*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通用低成本大视场激光导引头光学***，由一片非球面透镜组成，非球面透镜材料为ZnS，其凸面是一个球面，曲率半径为20.087mm，凹面是一个偶次非球面，顶点曲率c为1/158.321，圆锥系数k为0.48336，非球面系数A=1.6123E‑004，B=‑1.362E‑006，透镜厚度为7.88mm，透镜到四象限探测器的距离为9mm，在透镜表面镀制了增透膜和窄带滤光膜。本发明光学***仅由一片非球面透镜组成，视场大，结构简单，降低了生产成本的同时，还在设计中考虑了光学***通用性的问题，大大降低了系列产品科研开发成本。

Description

一种通用低成本大视场激光导引头光学***
技术领域
本发明涉及一种通用低成本大视场激光导引头光学***，属于光学设计技术领域。
背景技术
二十一世纪以来，精确制导武器在军事打击中发挥着越来越重要的作用，激光制导技术是利用外部激光束照射目标，弹上的激光导引头利用目标漫反射的激光来捕获跟踪目标，是一项导引武器命中目标，且集光、机、电和信息处理于一体的技术，因其命中精度高、抗干扰能力强、使用方便，近年来得到了广泛应用，并发挥了巨大的威力，成为当前行业内研究的重点。
但是，现有的激光导引头光学***为了实现大视场，都是采用双高斯结构，透镜数量较多，不仅增加了生产成本，还提高了加工制造和装配难度，不能满足装备科研生产低成本的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种通用低成本大视场激光导引头光学***，在满足总体指标的要求下，解决激光导引头科研生产低成本的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种通用低成本大视场激光导引头光学***，整个光学***由一片非球面透镜组成，非球面透镜材料为ZnS，其凸面是一个球面，曲率半径为20.087mm，凹面是一个偶次非球面，顶点曲率c为1/158.321，圆锥系数k为0.48336，非球面系数A=1.6123E-004，B=-1.362E-006，透镜厚度为7.88mm，透镜到四象限探测器的距离为9mm，为了增加***透过率，在透镜表面镀制了增透膜。
进一步地，本发明创造性的将窄带滤光膜镀制在了非球面透镜上，不用单独再加装窄带滤光片。
进一步地，本发明光学***接收到目标漫反射回来的激光后，在四象限探测器上会形成一个大小一定且能量分布均匀的圆斑，根据和差法计算出圆斑重心位置，并将其输出给制导控制***即可完成制导。
进一步地，本发明光学***完成的光学指标为：中心波长1064nm，入瞳直径30mm，总视场±25°，线性视场±12.5°，光斑大小Φ5mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的光学***结构设计简单，仅由一片非球面透镜实现了激光导引功能，极大的降低了生产成本，同时提高了产品的加工制造和装配性能，可满足大规模快速生产。
2、在光学***仅用一片非球面透镜的情况下实现了大视场，且视场达到了±25°。
3、设计中考虑了光学***通用性的问题，可以匹配不同形状的导引头，降低了系列产品科研开发成本，具有较强的应用价值。
附图说明：
图1是本发明光学***的结构示意图；
图2是本发明光学***的畸变图；
图3是本发明光学***的点列图；
图4是本发明光学***的光线足迹图；
图5是本发明光学***的包围圆能量图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1所示，一种通用低成本大视场激光导引头光学***,其整个光学***仅由一片非球面透镜1组成，从目标漫反射回来的激光经过光学***后在四象限探测器上形成一个大小一定且能量分布均匀的圆斑，再根据和差法计算出圆斑重心位置，并将其输出给制导控制***即可完成制导，光学***结构参数见表1：
表1 光学***结构参数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
本实施例中的非球面透镜材料为ZnS，其凸面是一个球面，曲率半径为20.087mm；凹面是一个偶次非球面，顶点曲率c为1/158.321，圆锥系数k为0.48336，非球面系数A=1.6123E-004，B=-1.362E-006，透镜厚度为7.88mm，透镜到四象限探测器的距离为9mm。为了增加***透过率，在透镜表面镀制了增透膜。为了实现大视场，采用单片透镜势必会给像差校正带来难度，因此本发明光学***采用了非球面设计，很好的平衡了像差，并且，为了抑制杂散光和其它噪声，在其表面镀制了窄带滤光膜。
光学***设计完成后，针对总体指标进行评价，本发明达到了如下的光学指标：中心波长1064nm，入瞳直径30mm，总视场±25°（线性视场±12.5°），光斑大小Φ5mm。
图2为光学***的畸变图，畸变不仅影响不同视场光斑直径稳定性和光斑能量分布稳定性，还直接决定着***的线性度，是此类光学***的一个重要的技术指标，本发明的光学***优化设计后，线性半视场12.5°内的畸变可控制在0.1%以内。
图3为光学***的点列图，点列图可以反映不同视场的光斑大小及能量分布，对分析光斑分布均匀性有一定指导意义，图3分别给出了线性视场内 0°、1°、4°、7.5°、9.5°、12.5°视场的光斑点列图。从图中可以看出，0°、1°、4°、7.5°、9.5°、12.5°视场光斑直径大小（GEO尺寸）分别为4.950mm、4.967mm、5.011mm、5.040mm、5.042mm、5.021mm，最大偏差量小于2% ，且光线分布比较均匀。
图4为光学***光线足迹图，光线足迹图主要为了显示视场内光斑在探测器光敏面上的位置，可以直观地得到不同视角下光斑和四象限探测器中心的相对位置，视角为12.5°时，光斑边缘与四象限探测器光敏面边缘接近但未超出，且完整覆盖四个象限；视角为 25°时，光斑中心接近四象限探测器光敏面边缘，且光斑覆盖面积超过50%。
图5为光学***包围圆能量图，能量集中度曲线表示光斑能量随光斑直径的分布情况，图中给出了视场 0°～12.5°的能量集中度曲线。由图可知，能量与光斑直径近似成抛物线关系，能量分布较均匀，其中12.5°线性视场内光斑能量分布稳定性优于2%。
本发明光学***设计时紧紧围绕解决激光导引头低成本的问题，为了解决上述问题，本发明从两方面进行考虑，其一是简化光学***结构，通过采用单片非球面透镜，降低了生产成本，同时也提高了***的加工制造和装配性能；其二是设计时考虑了光学***通用性的问题，即可以匹配不同形状的导引头，降低了系列产品的科研开发成本。

Claims (3)

1.一种通用低成本大视场激光导引头光学***，其特征在于，整个光学***由一片非球面透镜组成，非球面透镜材料为ZnS，其凸面是一个球面，曲率半径为20.087mm，凹面是一个偶次非球面，顶点曲率c为1/158.321，圆锥系数k为0.48336，非球面系数A=1.6123E-004，B=-1.362E-006，透镜厚度为7.88mm，透镜到四象限探测器的距离为9mm，在透镜表面镀制了增透膜和窄带滤光膜。
2.如权利要求1所述的一种通用低成本大视场激光导引头光学***，其特征在于，所述光学***接收到目标漫反射回来的激光后，在四象限探测器上会形成一个大小一定且能量分布均匀的圆斑，根据和差法计算出圆斑重心位置，并将其输出给制导控制***即可完成制导。
3.如权利要求1或2所述的一种通用低成本大视场激光导引头光学***，其特征在于，所述光学***完成的光学指标为：中心波长1064nm，入瞳直径30mm，总视场±25°，线性视场±12.5°，光斑大小Φ5mm。
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