一种无热化激光发射镜头制造技术

本发明专利技术属于激光测距领域，提供了一种无热化激光发射光学镜头，解决现有激光发射系统对环境温度的敏感导致测距能力或毁伤能力下降；距离调焦时，增加调焦结构控制精度的问题。该镜头包括依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，第一、第二、第三、第四透镜分别为负光焦度的双凹透镜、正光焦度的双凸透镜、正光焦度弯向激光器侧的弯月透镜、正光焦度的双凸透镜，第一、第四透镜采用石英silica玻璃，第二、第三透镜均采用冕火石H‑FK61玻璃；第三透镜可沿光轴方向前后移动，实现不同作用距离下激光发射镜头焦面偏移补偿。该镜头仅4片透镜，采用石英silica玻璃和冕火石H‑FK61玻璃两种材料配对使用，在整个距离调焦范围实现了系统的无热化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种无热化激光发射镜头
本专利技术属于激光测距领域，涉及一种激光发射镜头，具体涉及一种无热化激光发射镜头。
技术介绍
随着低空防卫领域光电设备的不断发展，要求实时进行激光测距或激光毁伤，需要将激光发射系统集成在机载或车载上，因此，激光发射系统也需要适应机载或车载的使用环境，其中一个关键因素是温度适应性。现有激光发射系统，一般波段范围较窄，在设计时通常采用单一玻璃材料或两种玻璃材料，系统的消热差能力较差，导致系统对温度变化较为敏感，为了适应温度变化，需要实时进行调焦，大大降低了系统的测距能力或毁伤效果。以及当作用距离变化时，系统需要进行距离调焦，由于调焦范围过小，使得调焦精度要求较高，增加了调焦结构的控制精度。
技术实现思路
为了解决现有激光发射系统对环境温度较为敏感，导致测距能力或毁伤能力下降，以及距离调焦时，增加调焦结构控制精度的技术问题，本专利技术提供了一种无热化激光发射镜头。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种无热化激光发射镜头，其特殊之处在于：包括沿激光器出射光束方向依次同轴设置的固定镜组、第三透镜和第四透镜；所述固定镜组具有负光焦度，包括沿光路依次同轴设置的第一透镜和第二透镜，第一透镜为负光焦度的双凹透镜，第二透镜为正光焦度的双凸透镜；所述第三透镜为正光焦度弯向激光器侧的弯月透镜；所述第四透镜为正光焦度的双凸透镜；所述第一透镜和第四透镜均采用石英silica玻璃材料，第二透镜和第三透镜均采用冕火石H-FK61玻璃材料；<br>所述第三透镜可沿光轴方向前后移动，用于实现不同作用距离下激光发射镜头焦面偏移补偿。进一步地，所述第一透镜和第二透镜之间的间隔为41.95mm；所述第二透镜和第三透镜之间的间隔范围为50mm～50.44mm；所述第三透镜和第四透镜之间的间隔范围为174.5mm～176.94mm。进一步地，定义靠近激光器侧的表面为前表面，远离激光器侧的表面为后表面；所述第一透镜的厚度为9.00mm，其前表面为球面，曲率半径为679.105，后表面为球面，曲率半径为-122.23。进一步地，所述第二透镜的厚度为12.00mm，其前表面为球面，曲率半径为-234.12，后表面为球面，曲率半径为1279.239。进一步地，所述第三透镜的厚度为14.00mm，其前表面为球面，曲率半径为174.6087，后表面为球面，曲率半径为160.69。进一步地，所述第四透镜的厚度为17.00mm，其前表面为球面，曲率半径为-4232，后表面为球面，曲率半径为327.60。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、本专利技术激光发射镜头具有距离调焦功能，通过第三透镜沿光轴前后移动，实现激光器对不同距离的聚焦，并通过控制第三透镜的光焦度，可实现工作距离300m～1000m范围内调焦量大于2mm，降低了对第三透镜的运动精度及控制精度要求。2、本专利技术激光发射镜头的光学系统具有无热化功能，采用石英silica玻璃和冕火石H-FK61玻璃两种玻璃材料与结构材料相匹配的方式实现-20℃～+60℃范围内系统的无热化设计，无需调焦。3、本专利技术设计一种无热化且对距离变化具有合适调焦量的激光发射光学镜头，光学系统材料少，结构非常简单，在整个距离调焦范围实现了系统的无热化设计。4、本专利技术激光发射镜头结构简单，采用的材料种类少。基于物象共轭原理，将固定镜组、第三透镜和第四透镜从物方到像方依次设置在同一光路上，沿光轴前后移动仅有的一片第三透镜，大大降低了运动精度及控制精度。附图说明图1是本专利技术无热化激光发射镜头的光路结构图；图2是本专利技术无热化激光发射镜头工作距离1000m处的光斑分布图，其中，a为X方向光斑辐照度分布图，b为光斑辐照度分布截面图；图3是本专利技术无热化激光发射镜头工作距离800m处的光斑分布图，其中，a为X方向光斑辐照度分布图，b为光斑辐照度分布截面图；图4是本专利技术无热化激光发射镜头工作距离400m处的光斑分布图，其中，a为X方向光斑辐照度分布图，b为光斑辐照度分布截面图；图5是本专利技术无热化激光发射镜头工作距离300m处的光斑分布图，其中，a为X方向光斑辐照度分布图，b为光斑辐照度分布截面图；图6是本专利技术无热化激光发射镜头在宽温范围内(-20℃～+60℃)，不同会聚距离下对应的调焦量示意图；其中，附图标记如下：01-固定镜组，02-激光器，1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-第四透镜。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术的内容作进一步详细描述。如图1所示，一种无热化激光发射镜头，包括位于激光器02出射光路上的光学系统，光学系统采用四分离透射结构，该光学系统包括沿激光器02出射光束方向依次同轴设置的固定镜组01、第三透镜3和第四透镜4；固定镜组01包括沿光线传输方向依次同轴设置的第一透镜1和第二透镜2，第一透镜1为负光焦度的双凹透镜，第二透镜2为正光焦度的双凸透镜；第三透镜3为正光焦度弯向激光器02侧的弯月透镜；第四透镜4为正光焦度的双凸透镜。第一透镜1和第二透镜2组成的固定镜组01具有负光焦度，一方面用于对激光器02出射的激光进行发散，同时增加透镜与激光器02之间的距离，进而增大激光器02到第四透镜4表面的口径，减小激光的能量密度对透镜产生的损伤；另一方面，将激光器02的光源成像到第四透镜4的后焦点附近，同时对第四透镜4和第三透镜3所产生的残余像差进行补偿。第三透镜3为弱光焦度透镜，可确保光学系统具有足够的调焦行程，降低第三透镜3(调焦镜)对结构和控制的精度要求。第三透镜3用于将第一透镜1和第二透镜2对激光器02所成的像再次成像到第四透镜4的后焦点上或其附近，通过沿光轴方向前后移动第三透镜3在第二透镜2和第四透镜4之间的距离，实现不同作用距离下激光发射镜头焦面偏移补偿，即实现不同物距下激光在物方的会聚点与激光发射镜头对激光器所成像的共轭，从而实现距离调焦的目的。第四透镜4用于对激光器02所成的像进行准直。本实施例光学系统波段为准单色光，无需考虑消色差，需要实现系统消热差，即可实现系统的无热化，本实施例光学系统包含两种玻璃材料，第一透镜1和第四透镜4均采用石英silica玻璃，第二透镜2和第三透镜3采用成都光明冕火石H-FK61玻璃，均为环保玻璃，本实施例光学系统通过不同材料的消热差系数和正负光焦度结合的方式，实现了系统的无热化设计。本专利技术激光发射镜头的透镜总数仅为4片；采用石英silica玻璃和成都光明冕火石H-FK61玻璃两种材料配对使用，结构采用铝合金材料。激光发射镜头可用于激光测距，以及激光毁伤等光电对抗领域。本实施例光学系统透射率高，设计中一方面保证加工性能的前提下尽量减小镜片厚度，另一方面选用的玻璃材料在1080nm波段具有很高的透过率，同时对光学透镜表面通过特殊的加工工艺后镀制特殊的膜层，保证透镜表面的反射率＜0.5％。透镜元件透过率提高有利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无热化激光发射镜头，其特征在于：包括沿激光器(02)出射光束方向依次同轴设置的固定镜组(01)、第三透镜(3)和第四透镜(4)；/n所述固定镜组(01)具有负光焦度，包括沿光路依次同轴设置的第一透镜(1)和第二透镜(2)，第一透镜(1)为负光焦度的双凹透镜，第二透镜(2)为正光焦度的双凸透镜；/n所述第三透镜(3)为正光焦度弯向激光器(02)侧的弯月透镜；/n所述第四透镜(4)为正光焦度的双凸透镜；/n所述第一透镜(1)和第四透镜(4)均采用石英silica玻璃材料，第二透镜(2)和第三透镜(3)均采用冕火石H-FK61玻璃材料；/n所述第三透镜(3)可沿光轴方向前后移动，用于实现不同作用距离下激光发射镜头焦面偏移补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种无热化激光发射镜头，其特征在于：包括沿激光器(02)出射光束方向依次同轴设置的固定镜组(01)、第三透镜(3)和第四透镜(4)；
所述固定镜组(01)具有负光焦度，包括沿光路依次同轴设置的第一透镜(1)和第二透镜(2)，第一透镜(1)为负光焦度的双凹透镜，第二透镜(2)为正光焦度的双凸透镜；
所述第三透镜(3)为正光焦度弯向激光器(02)侧的弯月透镜；
所述第四透镜(4)为正光焦度的双凸透镜；
所述第一透镜(1)和第四透镜(4)均采用石英silica玻璃材料，第二透镜(2)和第三透镜(3)均采用冕火石H-FK61玻璃材料；
所述第三透镜(3)可沿光轴方向前后移动，用于实现不同作用距离下激光发射镜头焦面偏移补偿。


2.根据权利要求1所述无热化激光发射镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)和第二透镜(2)之间的间隔为41.95mm；
所述第二透镜(2)和第三透镜(3)之间的间隔范围为50mm～50.44mm；
所述第三透镜(3)和第四透镜(4)之间的间...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，姜凯，闫佩佩，单秋莎，李哲，周亮，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61