一种红外激光复合光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种红外激光复合光学系统，该系统包括：激光透镜组、共用镜组、红外镜组，三个镜组的光学元件依次同轴分布；所述共用镜组包括正光焦度第一反射镜、负光焦度第二反射镜、分光透镜；长波红外与激光的复合光束进入到共用镜组，依次经第一反射镜、第二反射镜反射后，激光在分光透镜的前表面进行反射，通过激光透镜组到达激光系统像面；长波红外光束在分光透镜处透射，经过红外镜组Ⅲ到达红外系统像面处。本发明专利技术结构紧凑、效率高，并且不存在倾斜平板所引入的非对称像散。斜平板所引入的非对称像散。斜平板所引入的非对称像散。

【技术实现步骤摘要】
一种红外激光复合光学系统


[0001]本专利技术属于光学成像
，涉及一种长波红外与激光共孔径复合光学系统。

技术介绍

[0002]随着航空航天科技的不断进步，单一波段成像系统对目标的探测逐渐不能满足新时代下高新技术的需求。红外成像系统是通过识别目标物体的红外辐射特性从而对其进行探测，如在导引头红外成像系统中，目标飞行器与周围环境的红外辐射特性存在着差异，捕获这一信息就能对目标进行精确的追踪与打击，红外成像系统具有高分辨率、全天候工作等优点。但是由于其工作原理与工作形式，红外成像系统仅能获取目标飞行器的表面特征信息，不能获取距离信息；目标周围环境温度的变化影响识别精度，有针对性的红外干扰可能导致丢失目标。激光具有单色性强、方向性与相干性好等特点，保证光束不受杂光干涉的影响，在导引成像系统中，激光测距可以获得距离信息，与红外成像相配合，构造三维数据立方体，实现了优势互补，明显的提高了制导系统的精准性。
[0003]传统的探测系统由红外成像与激光探测两个独立的光学系统组成，光学系统结构体积过大，不满足航天或军事领域内小型化的技术要求。专利CN112068311A公开了一种多波段共孔径的光学成像系统，平板分光镜采用与光轴倾斜45度的方式进行分光，红外波段沿光轴方向传播，激光偏折90度向下传播，虽然达到了分光的目的，但是增大了光学系统的体积，同时分光片倾斜使用，对透射光路引入难以校正的非对称像散。专利CN111045102A公开了一种红外与激光接收共口径复合探测系统，分光镜片采用透射激光、反射红外波段的方式，该分光方式较大程度的降低了激光系统的透过率，导致激光测距距离的降低。因此，亟需研发一种共孔径小型化又能保证成像质量的红外激光复合光学成像系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种共孔径小型化红外激光复合光学系统，该系统相比于同轴折转式分光结构，不存在倾斜平板所引入的非对称像散；相比较于透射激光、反射红外波长方式，反射率和透过率均较高，可进一步提升分系统效率。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术的红外激光复合光学系统包括：激光透镜组Ⅰ、共用镜组Ⅱ、红外镜组Ⅲ，三个镜组的光学元件依次同轴分布；所述共用镜组Ⅱ包括正光焦度第一反射镜5、负光焦度第二反射镜3、分光透镜4；长波红外与激光的复合光束进入到共用镜组Ⅱ，依次经第一反射镜5、第二反射镜3反射后，激光在分光透镜4的前表面进行反射，通过激光透镜组Ⅰ到达激光系统像面11；长波红外光束在分光透镜4处透射，经过红外镜组Ⅲ到达红外系统像面12处。
[0006]所述第一反射镜5反射面曲率半径为
‑
180mm<r1<
‑
160mm，第二反射镜3反射面曲率半径为
‑
105mm<r2<
‑
65mm，第一反射镜5与第二反射镜3之间的间距为
‑
65mm<t1<
‑
55mm，第二反射镜3与分光透镜4之间的间距为30mm<t2<50mm。
[0007]所述第一反射镜5、第二反射镜3的反射面为偶次非球面；第一反射镜反射面的非
球面系数k和高阶二次项系数A为0，高阶四次项系数B、高阶六次项系数C、高阶八次项系数D、高阶十次项系数E分别为1.565E
‑
8～7.565E
‑
8、8.604E
‑
14～3.604E
‑
13、1.277E
‑
17～9.277E
‑
17、1.579E
‑
22～5.579E
‑
22；第二反射镜3反射面的非球面系数k和高阶二次项系数A为0，高阶四次项系数B、高阶六次项系数C、高阶八次项系数D、高阶十次项系数E分别为9.556E
‑
7～5.556E
‑
6、
‑
5.854E
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10～
‑
1.854E
‑
10、
‑
7.31E
‑
15～
‑
1.31E
‑
15、1.929E
‑
17～7.929E
‑
17。
[0008]所述红外镜组Ⅲ包括正光焦度第四反射镜6、正光焦度第三反射镜7、探测器窗口8、探测器冷阑9、探测器滤光片10；由分光透镜4透射的长波红外光束，依次经过第三反射镜7、第四反射镜6、探测器窗口8、探测器冷阑9、探测器滤光片10，到达红外系统像面12处。
[0009]所述第三反射镜7反射面曲率半径为
‑
470mm<r3<
‑
420mm，第四反射镜6反射面曲率半径为210mm<r4<300mm。分光透镜4的中心厚度为2mm<d4<5mm，分光透镜4与第三反射镜7之间的间距为135mm<t3<165mm，第三反射镜7与第四反射镜6之间的间距为
‑
125mm<t4<
‑
115mm；所述第四反射镜6与探测器窗口8之间的间距为115mm<t5<130mm；探测器冷阑9与保护玻璃10之间的间距为25mm<t7<35mm。
[0010]所述的第三反射镜7、第四反射镜6的反射面、分光透镜4后表面均为偶次非球面；所述第三反射镜反射面的非球面系数k和高阶二次项系数A为0，高阶四次项系数B、高阶六次项系数C、高阶八次项系数D、高阶十次项系数E分别为3.778E
‑
9～9.778E
‑
9、
‑
1.043E
‑
12～
‑
4.432E
‑
13、5.233E
‑
17～6.523E
‑
16、
‑
6.939E
‑
20～
‑
9.394E
‑
21；第四反射镜反射面的非球面系数k和高阶二次项系数A为0，高阶四次项系数B、高阶六次项系数C、高阶八次项系数D、高阶十次项系数E分别为
‑
1.189E
‑
8～
‑
5.890E
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9、
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4.607E
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13～1.393E
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13、3.945E
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17～9.945E
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17、
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8.044E
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21～
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2.044E
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21；分光透镜4后表面的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外激光复合光学系统，包括激光透镜组(Ⅰ)、红外镜组(Ⅲ)，其特征在于还包括共用镜组(Ⅱ)，三个镜组的光学元件依次同轴分布；所述共用镜组(Ⅱ)包括正光焦度第一反射镜(5)、负光焦度第二反射镜(3)、分光透镜(4)；长波红外与激光的复合光束进入到共用镜组(Ⅱ)，依次经第一反射镜(5)、第二反射镜(3)反射后，激光在分光透镜(4)的前表面进行反射，通过激光透镜组(Ⅰ)到达激光系统像面(11)；长波红外光束在分光透镜(4)处透射，经过红外镜组(Ⅲ)到达红外系统像面(12)处。2.根据权利要求1所述的红外激光复合光学系统，其特征在于所述第一反射镜反射面曲率半径为
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180mm<r1<
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160mm，第二反射镜反射面曲率半径为
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105mm<r2<
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65mm，第一反射镜与第二反射镜之间的间距为
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65mm<t1<
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55mm，第二反射镜与分光透镜之间的间距为30mm<t2<50mm。3.根据权利要求2所述的红外激光复合光学系统，其特征在于所述第一反射镜、第二反射镜的反射面为偶次非球面；第一反射镜反射面的非球面系数k和高阶二次项系数A为0，高阶四次项系数B、高阶六次项系数C、高阶八次项系数D、高阶十次项系数E分别为1.565E
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8～7.565E
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8、8.604E
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14～3.604E
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13、1.277E
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17～9.277E
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17、1.579E
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22～5.579E
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22；第二反射镜反射面的非球面系数k和高阶二次项系数A为0，高阶四次项系数B、高阶六次项系数C、高阶八次项系数D、高阶十次项系数E分别为9.556E
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7～5.556E
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6、
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5.854E
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10～
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1.854E
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10、
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7.31E
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15～
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1.31E
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15、1.929E
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17～7.929E
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17。4.根据权利要求1所述的红外激光复合光学系统，其特征在于所述红外镜组(Ⅲ)包括正光焦度第四反射镜(6)、正光焦度第三反射镜(7)、探测器窗口(8)、探测器冷阑(9)、探测器滤光片(10)；由分光透镜(4)透射的长波红外光束，依次经过第三反射镜(7)、第四反射镜(6)、探测器窗口(8)、探测器冷阑(9)、探测器滤光片(10)，到达红外系统像面(12)处。5.根据权利要求4所述的红外激光复合光学系统，其特征在于所述第三反射镜反射面曲率半径为
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470mm<r3<
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420mm，第四反射镜反射面曲率半径为210mm<r4<300mm；分光透镜的中心厚度为2mm<d4<5mm，分光透镜与第三反射镜之间的间距为135mm<t3<165mm，第三反射镜与第四反射镜之间的间距为
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125mm<t4<
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115mm；所述第四反射镜与探测器窗口之间的间距为115mm<t5<130mm；探测器冷阑与保护玻璃之间的间距为25mm<t7<35mm。6.根据权利要求5所述的红外激光复合光学系统，其特征在于所述的第三反射镜、第四反射镜的反射面、分光透镜后表面均为偶次非球面；所述第三反射镜反射面的非球面系数k和高阶二次项系数A为0，高阶四次项系数B、高阶六次项系数C、高阶八次项系数D、高阶十次项系数E分别为3.778E
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9～9.778E
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9、
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1.043E
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12～
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4.432E
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13、5.233E
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17～6.523E
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16、
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6.939E
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20～
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9.394E
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21；第四反射镜反射面的非球面系数k和高阶二次项系数A为0，高阶四次项系数B、高阶六次项系数C、高阶八次项系数D、高阶十次项系数E分别为
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1.189E
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8～
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5.890E

【专利技术属性】
技术研发人员：曲贺盟，张继真，王超，谢晓麟，徐放，王哈，王赫，裴洋，管海军，张铠，王宁，
申请(专利权)人：长春长光智欧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：