長波紅外和短波紅外複合準直光學系統的製作方法

2023-06-04 14:52:47 3

本發明屬於光學技術領域，涉及一種長波紅外和短波紅外複合準直的光學系統。

背景技術：

利用紅外製導仿真系統，可以在實驗室內對實戰條件下的飛彈性能進行模擬測試，大大縮短紅外製導武器的研製時間，降低研究成本。在紅外製導仿真系統中，紅外場景產生器是一個非常關鍵的子系統。利用控制電路把目標和背景的圖像信息加載到紅外CRT(陰極射線管)上，使其發出帶有一定信息的紅外線輻射，通過適當的光學系統產生類似於真實目標和背景所發出的紅外輻射信息，最後被飛彈導引頭接收。連接導引頭的計算機可對取得的探測數據進行分析，從而修正和提高導引頭性能。目前，由於紅外CRT螢光粉的特性和紅外材料的透射範圍決定了紅外CRT只能工作於近紅外、中紅外、短波紅外或遠紅外波段之一，因而基於紅外CRT的仿真系統只能模擬目標和背景所發出的一個波段內的紅外輻射，其仿真性能受到了一定的限制。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種長波紅外和短波紅外複合準直的光學系統，將8～12μm波段和0.9～1.7μm波段的紅外輻射複合輸出的紅外雙波段複合準直光學系統，以提高紅外仿真系統的測評性能，特別是為雙波段複合導引頭的評估測試提供一個目標仿真平臺。

本發明解決技術問題所採用的技術方案如下：

一種長波紅外和短波紅外複合準直的光學系統，該系統包括：第一光源、第二光源、第一透鏡組、第二透鏡組和半反半透鏡；所述第一光源發出長波紅外光，經過第一透鏡組後成為平行光，通過半反半透鏡投射出去；所述第二光源發出短波紅外光，經過第二透鏡組成為平行光，通過半反半透鏡反射出去；兩束準直後的平行光合成一束光，被外部探測器接收。

本發明的有益效果是：本發明利用複合鏡將8～12m波段和0.9～1.7μm波段的紅外輻射複合，使紅外CRT場景產生器能同時工作於兩個紅外波段，對遠處真實目標和背景發出的兩個波段紅外輻射圖像進行仿真模擬，提高了紅外CRT場景產生器的仿真性能。

附圖說明

圖1本發明一種長波紅外和短波紅外複合準直的光學系統結構示意圖。

圖中：1、第一CRT光源，2、第一透鏡，3、第二透鏡，4、第二CRT光源，5、第三透鏡，6、第四透鏡，7、第五透鏡，8、複合鏡，9、孔徑光闌，10、前表面和12、後表面。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。

一種長波紅外和短波紅外複合準直的光學系統，該系統包括：發射8～12μm波段紅外輻射的第一CRT光源1、第一透鏡2、第二透鏡3、發射0.9～1.7μm波段紅外輻射的第二CRT光源4、第三透鏡5、第四透鏡6、第五透鏡7、複合鏡8和孔徑光闌(同時為光學系統的出瞳)9；第一CRT光源1、第一透鏡2、第二透鏡3、孔徑光闌9在同一光軸上依次放置，第一CRT光源1位於第一透鏡2和第二透鏡3組成的透鏡組的後焦點上，其發射的紅外輻射由第一透鏡2和第二透鏡3組成的透鏡組準直；第二CRT光源4、第三透鏡5、第四透鏡6、第五透鏡7在同一光軸上依次放置，且此光軸與第一CRT光源1所在的光軸垂直，第二CRT光源4位於第三透鏡5、第四透鏡6和第五透鏡7組成的透鏡組的後焦點上，其發射的紅外輻射由第三透鏡5、第四透鏡6和第五透鏡7組成的透鏡組準直；複合鏡8置於第二透鏡3和孔徑光闌9之間第一CRT光源1所在光軸與第二CRT光源4所在光軸的交匯處，並且相對於第一CRT光源1所在光軸傾斜45°。

本發明工作時，第一CRT光源1發出8～12μm波段的紅外輻射，經由第一透鏡2，第二透鏡3後被準直成為平行光；第二CRT光源4發出0.9～1.7μm波段的紅外輻射，經由第三透鏡5，第四透鏡6和第五透鏡7後被準直成為平行光；兩束準直後的紅外輻射通過複合鏡8被合成為一束，在孔徑光闌9處被導引頭的探測器接收。

第一透鏡2、第二透鏡3及複合鏡8選用能夠工作於8～12μm波段的紅外材料；第一透鏡2和第二透鏡3分別採用彎月形負透鏡和正透鏡以消除系統球差，第一透鏡2的前、後表面以及第二透鏡3的後表面採用球面，第二透鏡3的前表面採用非球面基底的二元面，以消除殘餘球差和色差。第三透鏡5、第四透鏡6和第五透鏡7採用能夠工作於0.9～1.7μm波段的光學玻璃材料；第三透鏡5為小光焦度彎凹形負透鏡，作用是消除系統的場曲；第四透鏡6和第五透鏡7的類型分別為彎凹形負透鏡和彎凹形正透鏡；第三透鏡5、第四透鏡6和第五透鏡7的表面都採用球面面型。複合鏡8的前表面10鍍膜後對8～12μm紅外波段高透，後表面11鍍膜後對0.9～1.7μm波段高反。出瞳9的位置及大小可以視仿真系統的尺寸和要求而定。

本發明的一個實施例如圖1所示，系統設計選擇的波段為8～12μm和0.9～1.7μm；兩個物面的大小，即第一CRT光源1和第二CRT光源4顯示屏對角線的長度，都為46mm；8～12μm和0.9～1.7μm兩個波段對應的準直光路焦距都為340mm；出瞳9直徑85mm，系統的出射半視場角為3.8°。第一透鏡2的通光直徑為76.2mm，焦距為-113.0mm，第一透鏡2到第一CRT光源1的距離為140mm，到第二透鏡3的距離73.2mm；第二透鏡3的通光直徑為147.6mm，焦距為158.0mm，距離複合鏡8後表面11的中心90mm；第三透鏡5的通光直徑為81.6mm，焦距為-238.0mm，到第二CRT光源4的距離為141mm，到第四透鏡6的距離為83.0mm；第四透鏡6的通光直徑為131.6mm，焦距為-74.2mm，到第五透鏡7的距離為5.0mm；第五透鏡7的通光直徑為140.0mm，焦距為119.9mm，距離複合鏡8前表面10的中心90mm。第一透鏡2、第二透鏡3和複合鏡8的材料選用鍺，第三透鏡5和第五透鏡7採用H-ZK9玻璃材料，第四透鏡6採用H-K9L玻璃材料。複合鏡8為平行平板，安裝時使其表面法線與第一CRT光源的光軸方向成45°夾角。

第一CRT光源和第二CRT光源發出的輻射經過光學系統後被複合準直後輸出，通過電路控制可以模擬遠處目標和背景所發出的輻射，飛彈的導引頭在系統出瞳處接收複合光信號，得到的信息與實戰情況相同。