[发明专利]含非球面特殊整流罩的制冷型红外导引头光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光学仪器技术领域，涉及一种含非球面特殊整流罩的大孔径红外镜头的光学系统，特别适用于制冷型红外焦平面成像。

背景技术

目前，以制冷型红外焦平面光电阵列探测器作为成像接收器的大视场高传递函数值(MTF)的红外光学系统，在航天、航空和地面的侦察、观测中，能获得位于无穷远目标的高清晰度照片，可广泛应用于国防、军工领域，因此备受国防、军事部门的青睐。

目前采用的红外导引头的光学系统，普通的光学系统中，一般采用球面整流罩，基本上可以满足保护的作用，但是随着导弹飞行速度的增加，球形整流罩将产生很大的空气阻力，为了消除空气阻力影响，多采用锥形整流罩，且为了校正特殊整流罩带来的系统像差，还需采用带衍射元件的校正系统，但是衍射光学元件难以加工，且衍射元件加工精度对衍射效率有较大影响，从而也影响结构形式，增加相机重量。

与本发明最为接近的已有技术是美国的一个专利(US.patent 5526181)，如图1所示，是由正光焦度第一整流罩，正光焦度第二透镜，负光焦度第三透镜，正光焦度四透镜，正光焦度五透镜，负光焦度六透镜和正光焦度七透镜以及非制冷红外成像接收器组成的。

该光学系统的线视场不够大，扫描视场能达到28°。且第二透镜使用色散较大的红外玻璃，材料选择和加工困难。

为了克服上述缺点，特设计一种含非球面特殊整流罩的红外光学系统，可适合于较大范围的视场角(5°～10°)，材料选择常规红外材料，易加工和检测，系统的结构简单，并能获得比较高的调制传递函数值(MTF)的光学系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决在特殊整流罩条件下，系统的小型化和轻量化问题，提出一种含非球面特殊整流罩的制冷型红外导引头光学系统。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种含非球面特殊整流罩的制冷型红外导引头光学系统包括：整流罩(9)，第一单正球面光学透镜(10)，第二单正球面光学透镜(11)，第一单负球面透镜(12)，第一单正球面光学透镜组(13)，第三单正球面光学透镜(14)，第四单正球面光学透镜(15)，第二单负球面光学透镜(16)，第二单正球面光学透镜组(17)，第三单负球面透镜(18)，保护窗玻璃(19)和探测器像面(20)。系统采用同轴结构形式，各块透镜的光轴和系统的光轴重合，系统按x、y、z右手空间坐标系有序排列，z轴方向定为光轴方向，y轴在图3平面内，x轴垂直于yz平面，yz坐标平面为光学系统的子午面。本发明在光的传播方向上，依次排列整流罩(9)，第一单正球面光学透镜(10)，第二单正球面光学透镜(11)，第一单负球面透镜(12)，第一单正球面光学透镜组(13)，第三单正球面光学透镜(14)，第四单正球面光学透镜(15)，第二单负球面光学透镜(16)，第二单正球面光学透镜组(17)，第三单负球面透镜(18)，保护窗玻璃(19)和探测器像面(20)。整流罩(9)前端顶点沿z轴方向到探测器像面(20)的间距是系统焦距的3～5倍。

其中，第一块整流罩(9)是一个光焦度为正的非球面透镜，第二块透镜(10)是一个光焦度为正的光学透镜，第三块透镜(11)是一个光焦度为正的单透镜，第四块透镜(12)是一个光焦度为负的球面透镜，第五块透镜组(13)是一个光焦度为正的球面透镜组，第六块透镜(14)是一个光焦度为正的球面透镜，第七块透镜(15)是一个光焦度为正的球面透镜，第八块透镜(16)是一个光焦度为负的球面透镜，第九块透镜组(17)是一个光焦度为正的球面透镜组，第十块透镜(18)是一个光焦度为负的球面透镜。

本发明具体设计方法如下：

1、采用符合空气动力学的非球面特殊整流罩

本发明采用了一种符合空气动力学的含非球面的特殊整流罩，解决了在特殊整流罩条件下，系统的小型化和轻量化问题。

整流罩9是一个光焦度为正的非球面透镜，可以使用金刚石车削直接成型加工，然后使用补偿器方法检测。为了校正像差，所有非球面透镜均采用易加工的光学玻璃材料制造。材料选择常规红外材料，易加工和检测。

2、采用了摄远结构

为了使含特殊整流罩系统在大视场的目标(及远方物体)能成像在探测器像面上，本发明在后续校正系统中采用了摄远结构，由前组正透镜和后组负透镜构成，这种摄远结构使光学系统的焦距大于光学系统的长度。这样系统的视场可达5°～10°，系统的体积紧凑，整流罩(9)前端顶点沿z轴方向到探测器像面20的间距是系统焦距的5倍。