弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜制造技术

本发明专利技术公开了一种弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜，针对远处的红外目标，能高透过率高像质的获取目标双波段光学图像。它的光学系统包括共口径前置望远镜组、平面反射镜组、场镜、中继成像镜组和红外探测器；共孔径前置望远镜组、中继成像镜组的结构形式均为透射式柯克三片式。光学系统采用二次成像光学结构，便于与制冷型焦平面探测器相匹配，具有100%冷光阑效率；并能压缩第一物镜的口径，结构紧凑，体积小；通过优选材料实现了光学系统的被动消热差，成像质量接近衍射极限，满足了系统小型化的要求。

Mid long wave infrared dual band telephoto imaging objective for missile borne heat rejection differential

The invention discloses a mid long wave infrared dual band telescope objective for missile borne heat rejection difference, which aims at obtaining a dual band optical image with high transmittance and high image quality for a distant infrared target. The optical system includes front aperture telescope group, plane mirror group, field lens, relay imaging lens group and infrared detector; structure of common aperture telescope imaging lens group, pre relay groups were transmission Kirk three piece. The optical system adopts two imaging structure for matching with the uncooled focal plane detector, has 100% cold shield efficiency; and the compression of the first objective lens aperture, compact structure and small volume; through the optimization of materials for optical system of passive athermalisation, imaging quality close to the diffraction limit, meet the system miniaturization the requirements of.

【技术实现步骤摘要】
弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜
本专利技术涉及一种弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜，可适用于双波段红外探测的小型化中长波双波段红外导引头光学系统等。
技术介绍
红外成像系统能够在强光或闪光的干扰下不致盲，应而在战场能够发挥比可见光成像技术无以比拟的作用。由于受红外焦平面技术的限制，传统的红外成像系统一般工作的波段较窄，获取的信息量有限，一些有用的信息湮没在工作波段内，这是因为不同辐射特性的景物在短波红外(SWIR)、中波红外(MWIR)、长波红外(LWIR)有着不同的表现，比如在存在杂散辐射或靠近热源的情况下，长波红外具有较强的侦察能力；在湿热的环境下，中波红外的优势更为明显；短波红外特性与可见光比较接近。因此,结合各个波段的成像特点，工作于多个波段的红外光学系统能够获取充分有用的信息，有效剔除目标的伪装信息，提高目标的探测与识别能力、识别速率，并降低系统的虚警率，在军事作战中占有发挥举足轻重的地位。红外双波段光学系统的设计是双色导引头实现的一项关键技术。随着红外光学系统应用越来越广泛，工作环境越来越复杂，对红外光学系统的成像质量要求越来越高，设计能够工作在恶劣环境条件下的高性能红外光学系统成为必然。环境温度变化将引起材料折射率的变化、系统焦距改变、像面位移、成像质量下降等。由于大多数红外光学材料的折射率随温度变化较大,红外光学系统的热不稳定性表现得尤为明显。因此，在设计红外光学系统的过程中，必须采用一定的补偿技术以消除温度变化造成的影响，使红外光学系统能够在一定的环境温度范围内保持良好的成像质量。传统的无热化设计方法可分为三类：(1)机械被动式；(2)机电主动式；(3)光学被动式。其中光学被动消热差技术凭借其重量小、无功耗、可靠性高等优点，成为光学系统消热差的首选方法，可通过匹配透镜与镜头结构件的热性能自动消除热差。但目前适用于工作在中长波红外双波段的弹载消热差望远成像物镜系统还未见报道。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种体积紧凑，成像质量高，工作于中长波红外双波段，出瞳与探测器冷光阑准确匹配的弹载消热差望远成像物镜。实现本专利技术目的的技术方案是提供一种弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜，它的光学系统包括共口径前置望远镜组、平面反射镜组、场镜、中继成像镜组和红外探测器；所述的共孔径前置望远镜组、中继成像镜组的结构形式均为透射式柯克三片式；共孔径前置望远镜组中各透镜的光焦度范围依次为0.02～0.035、-0.008～-0.02、-0.02～-0.04、0.001～0.005，各透镜的材料依次为ZnSe、Ge、ZnS、ZnSe；中继成像镜组中各透镜的光焦度范围依次为0.02～0.035、-0.01～-0.04、-0.01～-0.02、0.03～0.05，各透镜的材料依次为ZnSe、BaF2、Ge、ZnSe；所述的共孔径前置望远镜组的焦距与物镜光学系统的焦距之比为1.5:1～2.5:1；所述的中继成像镜组的焦距与物镜光学系统的焦距之比为1:1～2:1。本专利技术提供的弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜，其光学系统的一种具体结构是：共口径前置望远镜组的出射光经两块平面反射镜折叠光路，在两块平面反射镜中加入二向分色镜，将中波红外反射，长波红外透射；所述的中波红外光经场镜聚焦目标，再经平面反射镜折叠一次光路形成一次像后，通过中继成像镜组将目标成像于中波红外探测器的焦平面上；所述的长波红外光经另一场镜形成一次像，再通过另一中继成像镜组将目标成像于长波红外探测器的焦平面上。光学系统的另一种具体结构可以是：共口径前置望远镜组的出射光由三块平面反射镜折叠光路，在经第三块平面反射镜后以场镜聚焦目标，再经第四块反射镜折叠一次光路形成一次像，通过中继成像镜组将目标成像于双色探测器的焦平面上。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、光学系统采用非球面来实现大视场要求，同时利用反射镜组进行折叠光路，采用了透射式进行一次成像，结构紧凑，满足系统小型化的要求。2、光学系统采用光学被动消热差方法，通过匹配光学材料归化热差系数和光学机械结构件材料的热膨胀系数，使各影响因素的热离焦量进行互相补偿，使光学系统的成像质量在工作环境温度范围内始终保持可以良好的水平，具有重量小、无功耗、可靠性高等优点。3、光学系统采用红外双波段高透过率增透膜，实现了整个光学系统的高透过率。4、光学系统不仅可适用于两个分别响应中波和长波的探测器，同时适用于中长波双色焦平面探测器。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的采用单色探测器时弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜的光路图；图2为本专利技术实施例提供的几种常见红外材料在中波红外和长波红外的归化色差系数组成的色差图；图3和图4为本专利技术实施例提供的弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜的调制传递函数（MTF）曲线；图5和图6为本专利技术实施例提供的弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜的点列图；图7和图8为本专利技术实施例提供的弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜的畸变图；图9至图14为本专利技术实施例提供的弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜的两个不同波段下随着温度的变化，各自调制传递函数（MTF）曲线；图15为本专利技术实施例2提供的采用双色探测器时弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜的光路图。图中：1、光学系统头罩，2、共孔径前置望远镜组第一块透镜，3、共孔径前置望远镜组第二块透镜，4、共孔径前置望远镜组第三块透镜，5、共孔径前置望远镜组第四块透镜，6、第一块平面反射镜，7、第二块平面反射镜，8-1、二向分色镜，8-2、第三块反射镜，9、场镜，10、反射镜，11、中波红外中继成像镜组第一块透镜，12、中波红外中继成像镜组第二块透镜，13、中波红外中继成像镜组第三块透镜，14、中波红外中继成像镜组第四块透镜，15、中波红外探测器锗窗片，16、另一块场镜，17、长波红外中继成像镜组第一块镜头，18、长波红外中继成像镜组第二块镜头，19、长波红外中继成像镜组第三块镜头，20、长波红外中继成像镜组第四块镜头，21、长波红外探测器锗窗片，22、中波红外探测器焦平面，23、长波红外探测器焦平面，24、双色探测器焦平面。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案作进一步的具体阐述。实施例1：本实施例采用单色探测器，提供一种弹载消热差部分共孔径中长波红外双波段望远成像物镜。本实施例的光学指标如下所示：望远镜通光口径：φ50mm；相对孔径：1：2；焦距：100mm；视场：5°×4°；工作波长：3μm～5μm/8μm～10μm；工作温度：-40℃～+80℃。本实施例提供的采用单色探测器时弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜光学系统包括共孔径前置望远镜组、中继成像镜组、三块平面反射镜、一块分色镜、两块场镜，中波红外探测器和长波红外探测器。共孔径前置望远镜组和中继成像镜组均采用柯克三片式结构形式，共孔径前置望远镜中各透镜的光焦度范围依次为0.02～0.035、-0.008～-0.02、-0.02～-0.04、0.001～0.005，中继成像镜组中各透镜的光焦度范围依次为0.02～0.035、-0.01～-0.04、-0.01～-0.02、0.03～0.05；共孔径前置望远镜组的焦距与物镜光学系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜，其特征在于它的光学系统包括共口径前置望远镜组、平面反射镜组、场镜、中继成像镜组和红外探测器；所述的共孔径前置望远镜组、中继成像镜组的结构形式均为透射式柯克三片式；共孔径前置望远镜组中各透镜的光焦度范围依次为0.02～0.035、 ‑0.008～‑0.02、‑0.02～‑0.04、0.001～0.005，各透镜的材料依次为ZnSe、Ge、ZnS、ZnSe；中继成像镜组中各透镜的光焦度范围依次为0.02～0.035、 ‑0.01～‑0.04、 ‑0.01～‑0.02、0.03～0.05，各透镜的材料依次为ZnSe、BaF

【技术特征摘要】
1.一种弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜，其特征在于它的光学系统包括共口径前置望远镜组、平面反射镜组、场镜、中继成像镜组和红外探测器；所述的共孔径前置望远镜组、中继成像镜组的结构形式均为透射式柯克三片式；共孔径前置望远镜组中各透镜的光焦度范围依次为0.02～0.035、-0.008～-0.02、-0.02～-0.04、0.001～0.005，各透镜的材料依次为ZnSe、Ge、ZnS、ZnSe；中继成像镜组中各透镜的光焦度范围依次为0.02～0.035、-0.01～-0.04、-0.01～-0.02、0.03～0.05，各透镜的材料依次为ZnSe、BaF2、Ge、ZnSe；所述的共孔径前置望远镜组的焦距与物镜光学系统的焦距之比为1.5:1～2.5:1；所述的中继成像镜组的焦距与物镜光学系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琪，沈为民，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32