單片組合式大視場周視雷射引信接收透鏡的製作方法

2023-10-05 17:22:24

本發明涉及雷射引信領域，確切的說，本發明涉及周視雷射引信大視場接收光學系統設計。

背景技術：

雷射引信是利用調製的雷射束探測目標，通過接收目標的回波信號，並進行分析，進而在最佳時機引爆戰鬥部的光學引信。雷射引信由雷射發射部分、雷射接收部分、信號處理電路、執行電路和電源組成。

周視雷射引信接收光學系統的設計通常使用共軸球面系統，而對於共軸球面系統，無限遠物點理想像高計算公式為：

為光敏面長度的一半；

為透鏡的視場角；

f為整形光學系統的焦距。

對於多發多收周視雷射引信，每個支路所要探測的視場為90°×（2°~4°）或則60×（2°~4°），為了達到需求的作用距離，每個支路的光學系統接收口徑一般是不能太小的，而且目前周視雷射引信普遍採用的是pin和apd光電探測器的光敏面是圓形的，並且尺寸一般在f3mm以下，而圓形光敏面的應用中存在一個非常大的問題是光敏面的尺寸形狀與扇形視場之間存在矛盾，進而難以實現大接收口徑，難以完成大視場的接收光學系統的設計。

對於雷射探測光學系統而言，通過計算系統的f數對系統的設計難度進行衡量。當f>1，則系統設計相對容易；當f<0.5，則該系統基本很難完成設計。當我們要求雷射引信的接收視場為90°時，對於光敏面直徑d小於3mm的探測器，根據幾何關係可知整個接收光學系統的焦距f將在1.5mm以下，如此其光學系統的f數將遠小於1，無法設計完成。

另一方面，光學塑料的發展最終促成了光學塑料透鏡的問世並大量使用，使用光學塑料透鏡，可以容易實現複雜面型的加工，簡化複雜的光學系統，降低製造成本，且具有抗衝擊性能。同時，對於熱塑性光學塑料，其受熱軟化，可以反覆塑制的特性可以用來製造由多塊透鏡組合的一體透鏡，這為解決目前周視雷射引信接收光學系統光敏面太小帶來的上述問題提供了新思路。

技術實現要素：

1、發明目的。

本發明使用單片組成式透鏡代替單塊透鏡，當有n塊透鏡組成時，假設系統需要的視場為，那麼單片透鏡的視場，單片透鏡的的焦距，因此焦距相對於使用單透鏡法將大大增大，通過聚碳酸酯（pc）光學塑料注塑成型為一個整體，可以減小雷射引信光學系統的體積，最終可以達到降低大視場聚焦透鏡設計難度的目的。

2、本發明所採用的技術方案。

本發明提出了一種單片組合式大視場周視雷射引信接收透鏡，單支路接收模塊包括兩個以上透鏡，所述多個透鏡依次相連，兩端透鏡安裝透鏡支座並通過一體塑造法製成組合透鏡，平行光經過每個透鏡後經過折射後為光電探測器的光敏面所接收。

更進一步具體實施方式中，雷射引信為m支路周視雷射引信，單支路接收模塊的接收視場為=，所述的單片透鏡的視場角，單片透鏡的焦距，為光電探測器光敏面長度的一半。

更進一步具體實施方式中，所述的兩個以上透鏡構成的組合透鏡的個數為奇數個透鏡。

更進一步具體實施方式中，所述的兩個以上透鏡曲面率和大小相同。

更進一步具體實施方式中，所述的光電探測器為pin或apd光電探測器。

更進一步具體實施方式中，單片透鏡為非球面透鏡。

3、本發明所產生的技術效果。

（1）、本發明可實現雷射引信大視場目標探測，實現單支路90°以上的接收視場；

（2）、本發明鏡片加工成整體，且僅需單片透鏡，降低裝調難度；

（3）、本發明該系統的光學系統總尺寸較短，減小雷射引信的體積；

（4）、本發明透鏡採用聚碳酸酯（pc）光學塑料，可提高雷射引信光學系統抗衝擊能力。

附圖說明

圖1為周視雷射引信360°視場角探測示意圖。

圖2為單片組合式單片雷射引信接收光學系統光路示意圖。

1-準直透鏡，2-支座，3-光敏面，1a-第一透鏡，1b-第二透鏡，1c-第三透鏡，1d-第四透鏡，1e-第五透鏡。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

實施例1

雷射引信接收光學系統的功能是將視場內的雷射回波聚焦在光電探測器的光敏面上，不需要成像，對像質要求較低，只需使球差較小，並適當照顧慧差，使大部分光線落在探測器的光敏面上，達到要求的能量即可。

本發明是使用單片組合式透鏡替代傳統球面/非球面接收透鏡，設計系統使用n塊小透鏡按一定角度連接組成一塊接收透鏡。由於單塊透鏡的提供的視角有限，採用n塊小透鏡組合後，每塊小透鏡的視場角只需達到原定接收透鏡設計視場角的1/n。理論上n值越大每塊小透鏡的視場角越小，但加工難度和接縫也會增加，因此通常n值設計時選取能夠實現設計要求的最小值。若雷射引信為4支路（m=4）周視雷射引信，每個接收透鏡由5塊小透鏡（n=5）組合而成，探測視場構成如圖1所示，那麼每個支路即單個接收模塊的視場角為：

光電探測器為常用的pin或apd光電探測器，假設其光敏面的直徑d為2mm（光敏面長度的一半=1mm），平行光經過每個小凸透鏡折射後聚焦於光電探測器的光敏面上。每個小凸透鏡的視場為18°，因此每個小透鏡的焦距為：

則系統設計難度係數f數為：

說明該雷射引信接收光學系統的設計可以實現，且相對比較容易。

因而使用單片組成式透鏡代替一塊大透鏡，可以使雷射引信擁有比後者更大的視場，同時可以減小系統的製造和設計難度，降低裝調難度，滿足雷射引信對作用距離的要求。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。