一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统技术方案

一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统，在光的传播方向上依次设置整流罩、镜头前组、折转反射镜组、镜头后组；所述镜头前组包括第一透镜和第二透镜；所述折转反射镜组包括反射镜Ⅰ和反射镜Ⅱ；所述反射镜Ⅱ与反射镜Ⅰ平行设置；所述镜头后组包括第三透镜、反射镜Ⅲ、第四透镜、第五透镜、第六透镜、探测器保护玻璃、冷光阑和像面，所述反射镜Ⅱ反射的光线通过第三透镜至反射镜Ⅲ，所述反射镜Ⅲ与反射镜Ⅱ垂直设置，沿反射镜Ⅲ反射出的光线传播方向依次同轴设置有第四透镜、第五透镜、第六透镜、探测器保护玻璃、冷光阑和像面。本发明专利技术属于光学成像技术领域，具有高分辨率、大相对孔径，集光能力强，结构紧凑、体积小、重量轻的特点。

A Miniaturized Roll-Up Long Wave Refrigeration Optical System

A miniaturized rolling-elevation long-wave refrigeration optical system consists of a fairing, a front lens group, a deflection mirror group and a rear lens group in turn in the direction of light propagation; the front lens group comprises a first lens and a second lens; the deflection mirror group comprises a mirror I and a reflection mirror II; the mirror II is arranged parallel to the mirror I; and the rear lens group comprises a third transmission. Mirror, mirror III, fourth lens, fifth lens, sixth lens, detector protective glass, cold diaphragm and image plane. The reflected light of mirror II passes through the third lens to mirror III. The mirror III is vertical to mirror II. Fourth lens, fifth lens, sixth lens and detector are arranged coaxially along the direction of light propagation reflected by mirror III. Protect glass, cold diaphragm and image. The invention belongs to the field of optical imaging technology and has the characteristics of high resolution, large relative aperture, strong light collecting ability, compact structure, small volume and light weight.

【技术实现步骤摘要】
一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统
本专利技术属于光学成像
，具体而言，涉及一种用于成像制导的小型化高分辨率滚—仰式长波红外制冷光学系统。
技术介绍
空空格斗导弹具有搜索范围大、跟踪速度快、机动能力强等特点。而第四代红外空空导弹在国际上最有代表性的则是美国的AIM-9X，欧洲的红外型IRIS-T等，为了实现小弹径，大都采用探测器固联于弹体式导引系统。其中AIM-9X导引头已装备于F16、F22等战机，其工作波段为3~5μm，采用斯特林制冷探测器，整流罩选用了机械强度更高、气动性能更好的蓝宝石材料，其具有更高的灵敏度和空间角分辨率，可以更好的完成对目标的搜索、识别、捕获和跟踪，给出目标位置信息，并实施精确打击。目前，现有技术中所使用的红外导引头存在搜索视场小、体积大、分辨率低的问题，导引头小型化和高性能是未来的发展趋势，滚—仰式导引头采用双框架稳定平台，与传统的三轴稳定平台式导引头相比，可以减小体积和质量，是新一代空空格斗导弹导引头平台结构的理想选择。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了实现空空弹导引头的小型化、轻量化、高分辨率的设计，本专利技术提供一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统，其特征在于：在光的传播方向上依次设置整流罩、镜头前组、折转反射镜组、镜头后组；所述镜头前组包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜、第二透镜与整流罩同轴设置，且第一透镜位于第二透镜与整流罩之间；所述折转反射镜组包括平行设置的反射镜Ⅰ和反射镜Ⅱ；所述反射镜Ⅰ与第二透镜相邻设置，所述反射镜Ⅰ与入射光线夹角为45°；所述镜头后组包括沿光的传播方向上依次设置的第三透镜、反射镜Ⅲ、第四透镜、第五透镜、第六透镜、探测器保护玻璃、冷光阑和像面；所述反射镜Ⅲ与反射镜Ⅱ垂直设置，所述第四透镜、第五透镜、第六透镜、探测器保护玻璃、冷光阑和像面同轴设置；所述第一透镜、第二透镜、反射镜Ⅰ绕整流罩的球心可做±90°转动，所述镜头前组、折转反射镜组及镜头后组绕整流罩光轴做360°旋转，从而实现滚—仰扫描。进一步的，所述第一透镜的外表面、第三透镜的外表面和第四透镜的内表面均为高次非球面；所述第二透镜的外表面为二元面。进一步的，所述整流罩外表面的曲率半径为80mm，内表面的曲率半径为75mm，厚度为5mm；所述第一透镜的外表面的曲率半径为69.65mm，内表面的曲率半径为4526.7mm，厚度为9mm；所述第二透镜的外表面的曲率半径为91.7mm，内表面的曲率半径为57.81mm，厚度为6mm；所述第三透镜的外表面的曲率半径为28.576mm，内表面的曲率半径为39.755mm，厚度为4.3mm；所述第四透镜的外表面的曲率半径为23.88mm，内表面的曲率半径为26.46mm，厚度为4mm；所述第五透镜的外表面的曲率半径为33.20mm，内表面的曲率半径为20.23mm，厚度为4mm；所述第六透镜的外表面的曲率半径为28.576mm，内表面的曲率半径为100.276mm，厚度为3.9mm；所述反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ和反射镜Ⅲ的厚度均为4mm。进一步的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜均为凸透镜。进一步的，所述整流罩的材料为硫化锌；所述第一透镜的材料为硒化锌；所述第二透镜的材料为锗；所述第三透镜的材料为硒化锌；所述第四透镜的材料为锗；所述第五透镜的材料为硫化锌；所述第六透镜的材料为硒化锌；所述反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ和反射镜Ⅲ的材料均为碳化硅。进一步的，所述整流罩与第一透镜的距离为15mm；所述第一透镜与第二透镜的距离为0.55mm；所述第二透镜与反射镜Ⅰ中心点的距离为44.45mm；所述反光镜Ⅰ的中心点与反射镜Ⅱ中心点的距离为64mm；所述反射镜Ⅱ的中心点与第三透镜的距离为35.1mm；所述第三透镜与反射镜Ⅲ中心点的距离为44.6mm；所述反射镜Ⅲ的中心点与第四透镜的距离为13.7mm；所述第四透镜与第五透镜的距离为1.95mm；所述第五透镜与第六透镜的距离为1.75mm；所述第六透镜与探测器保护玻璃的距离为6mm；所述探测器保护玻璃与冷光阑的距离2.08mm；所述冷光阑与像面的距离为19.8mm。进一步的，所述光学系统的工作波段7.7μm～9.3μm，焦距为100mm，F数为2，视场大小为5.5°×4.4°，在16lp/mm处，轴上视场的调制传递函数值≥0.54，轴外传递函数值≥0.35，系统畸变≤2.1%。进一步的，所述光学系统在－45℃～＋70℃温度范围内，光学系统的畸变设计最大值为-1.8%；-45℃时，在16lp/mm处，0～半视场的传递函数值≥0.60，其余视场的传递函数值≥0.52；20℃时，在16lp/mm处，0～半视场的传递函数值≥0.55，其余视场的传递函数≥0.48；+70℃时，在16lp/mm处，0～半视场的传递函数≥0.50，其余视场的传递函数≥0.50。进一步的，所述光学系统的外形尺寸＜φ176mm×169mm，总重量＜1.9kg。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：1、本专利技术所记载的光学系统的工作波段7.7μm～9.3μm，焦距为100mm，F数2，全视场畸变≤2.1%，视场5.5°×4.4°，为小F数长波红外制冷光学系统，具有高分辨率、大相对孔径，集光能力强的特点。2、本专利技术所记载的光学系采用小型化设计，通过反射镜折转光路，外形尺寸＜φ176mm×169mm，总重量＜1.9kg，具有结构紧凑、体积小、重量轻的特点。3、光学系统的传递函数0视场≥0.62（16lp/mm）；全视场≥0.53（16lp/mm）；成像质量优良，性能特点突出。4、光学系统进行了无热化设计，在-45℃～+70℃范围内成像质量优良，环境适应性好，单像素张为0.3mrad，分辨率高、探测距离远。附图说明图1为一种高分辨率长波制冷红外成像制导光学系统结构图；图2为+70℃时调制传递函数曲线；图3为+20℃时调制传递函数曲线；图4为-45℃时调制传递函数曲线；图5为光学系统畸变和场曲曲线；图中：1、整流罩，2、第一透镜，3、第二透镜，4、反射镜Ⅰ，5、反射镜Ⅱ，6、第三透镜，7、反射镜Ⅲ，8、第四透镜，9、第五透镜，10、第六透镜，11、探测器保护玻璃12、冷光阑，13、像面。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细的介绍。实施例1本实施方式记载了一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统，在光的传播方向上由外向内依次设置整流罩1、镜头前组、折转反射镜组、镜头后组；所述镜头前组包括第一透镜2和第二透镜3，所述第一透镜2、第二透镜3与整流罩1同轴设置，且第一透镜2位于第二透镜3与整流罩1之间；所述折转反射镜组包括平行设置的反射镜Ⅰ4和反射镜Ⅱ5；所述反射镜Ⅰ4与第二透镜3相邻设置，所述反射镜Ⅰ4与入射光线夹角为45°；所述镜头后组包括沿光的传播方向上依次设置的第三透镜6、反射镜Ⅲ7、第四透镜8、第五透镜9、第六透镜10、探测器保护玻璃11、冷光阑12和像面13；所述反射镜Ⅲ7与反射镜Ⅱ5垂直设置，所述第四透镜8、第五透镜9、第六透镜10、探测器保护玻璃11、冷光阑12和像面13同轴设置；所述第一透镜2、第二透镜3、反射镜Ⅰ4绕整流罩1的球心可做±90°转动，所述镜头前组、折本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统，其特征在于：在光的传播方向上由外向内依次设置整流罩（1）、镜头前组、折转反射镜组、镜头后组；所述镜头前组包括第一透镜（2）和第二透镜（3），所述第一透镜（2）、第二透镜（3）与整流罩（1）同轴设置，且第一透镜（2）位于第二透镜（3）与整流罩（1）之间；所述折转反射镜组包括平行设置的反射镜Ⅰ（4）和反射镜Ⅱ（5）；所述反射镜Ⅰ（4）与第二透镜（3）相邻设置，所述反射镜Ⅰ（4）与入射光线夹角为45°；所述镜头后组包括沿光的传播方向上依次设置的第三透镜（6）、反射镜Ⅲ（7）、第四透镜（8）、第五透镜（9）、第六透镜（10）、探测器保护玻璃（11）、冷光阑（12）和像面（13）；所述反射镜Ⅲ（7）与反射镜Ⅱ（5）垂直设置，所述第四透镜（8）、第五透镜（9）、第六透镜（10）、探测器保护玻璃（11）、冷光阑（12）和像面（13）同轴设置；所述第一透镜（2）、第二透镜（3）、反射镜Ⅰ（4）绕整流罩（1）的球心可做±90°转动，所述镜头前组、折转反射镜组及镜头后组绕整流罩（1）光轴做360°旋转，从而实现滚—仰扫描。

【技术特征摘要】
1.一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统，其特征在于：在光的传播方向上由外向内依次设置整流罩（1）、镜头前组、折转反射镜组、镜头后组；所述镜头前组包括第一透镜（2）和第二透镜（3），所述第一透镜（2）、第二透镜（3）与整流罩（1）同轴设置，且第一透镜（2）位于第二透镜（3）与整流罩（1）之间；所述折转反射镜组包括平行设置的反射镜Ⅰ（4）和反射镜Ⅱ（5）；所述反射镜Ⅰ（4）与第二透镜（3）相邻设置，所述反射镜Ⅰ（4）与入射光线夹角为45°；所述镜头后组包括沿光的传播方向上依次设置的第三透镜（6）、反射镜Ⅲ（7）、第四透镜（8）、第五透镜（9）、第六透镜（10）、探测器保护玻璃（11）、冷光阑（12）和像面（13）；所述反射镜Ⅲ（7）与反射镜Ⅱ（5）垂直设置，所述第四透镜（8）、第五透镜（9）、第六透镜（10）、探测器保护玻璃（11）、冷光阑（12）和像面（13）同轴设置；所述第一透镜（2）、第二透镜（3）、反射镜Ⅰ（4）绕整流罩（1）的球心可做±90°转动，所述镜头前组、折转反射镜组及镜头后组绕整流罩（1）光轴做360°旋转，从而实现滚—仰扫描。2.根据权利要求1所述的一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统，其特征在于：所述第一透镜（2）的外表面、第三透镜（6）的外表面和第四透镜（8）的内表面均为高次非球面；所述第二透镜（3）的外表面为二元面。3.根据权利要求1所述的一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统，其特征在于：所述整流罩（1）外表面的曲率半径为80mm，内表面的曲率半径为75mm，厚度为5mm；所述第一透镜（2）的外表面的曲率半径为69.65mm，内表面的曲率半径为4526.7mm，厚度为9mm；所述第二透镜（3）的外表面的曲率半径为91.7mm，内表面的曲率半径为57.81mm，厚度为6mm；所述第三透镜（6）的外表面的曲率半径为28.576mm，内表面的曲率半径为39.755mm，厚度为4.3mm；所述第四透镜（8）的外表面的曲率半径为23.88mm，内表面的曲率半径为26.46mm，厚度为4mm；所述第五透镜（9）的外表面的曲率半径为33.20mm，内表面的曲率半径为20.23mm，厚度为4mm；所述第六透镜（10）的外表面的曲率半径为28.576mm，内表面的曲率半径为100.276mm，厚度为3.9mm；所述反射镜Ⅰ（4）、反射镜Ⅱ（5）和反射镜Ⅲ（7）的厚度均为4mm。4.根据权利要求1所述的一种小型化滚—仰式长波制冷光学系统，其特征在于：所述第一透镜（2）、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺磊，
申请(专利权)人：哈尔滨新光光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23