一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统

摘要

一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统涉及鱼眼光学系统技术领域，解决了激光告警系统告警范围和灵敏度需提高的问题，鱼眼光学系统包括自前向后设置的透镜组一、透镜组二和透镜组三，所述透镜组一的光焦度为负，透镜组一包括第一负弯月透镜；透镜组二和透镜组三的光焦度均为正，透镜组二的光焦度为透镜组三的光焦度的90％‑110％，透镜组一、透镜组二和透镜组三的透镜均为球面透镜。本发明体积紧凑、成像质量良好、靶面内照度均匀性良好、装配难度和制造成本低，能够满足机载激光告警系统告警范围大、告警距离远、告警灵敏度高等要求。

说明书

技术领域

本发明涉及鱼眼光学系统技术领域，具体涉及一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统。

背景技术

随着战场信息化水平的不断提升，各类激光技术在军事领域得到广泛应用，尤其是激光武器、激光测距仪、激光目标指示器等装备的普及，极大提升了精确打击的效率。运输机、武装直升机等目标体积大、速度慢、战场作用关键，是现代战场上打击的重要对象，迫切需要告警手段及时发现外部威胁，为飞行员做出规避动作、施放箔条干扰手段争取宝贵时间，以达到保存己方有生力量，争取战场主动权的目的。

激光告警的典型需求是告警范围大、告警距离远、告警灵敏度高。采用光电探测原理探测激光威胁信号是实现激光预警的有效手段，需要为激光告警系统设计一种具有制造难度成本较低、大视场、体积紧凑、大相对孔径的光学系统，以提高告警系统的告警范围和灵敏度，同时适合大批量装备。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统，包括自前向后设置的透镜组一、透镜组二和透镜组三，所述透镜组一的光焦度为负，透镜组一包括第一负弯月透镜；透镜组二和透镜组三的光焦度均为正，透镜组二的光焦度为透镜组三的光焦度的90％-110％，透镜组一、透镜组二和透镜组三的透镜均为球面透镜。

本发明的有益效果是：

1、本发明一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统具有视场大、相对口径大、成像质量好，靶面内照度均匀性好等特点。

2、通过采用全球面设计，有效降低了装配难度和制造成本，适合大批量装备。

3、具有相对宽松的装调公差，有利于系统的集成装调，缩短研制周期，降低研制成本。

4、该光学系统体积紧凑、成像质量良好、靶面内照度均匀性良好，能够满足机载激光告警系统告警范围大、告警距离远、告警灵敏度高等相关要求。

附图说明

图1为本发明一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统的结构示意图。

图2为本发明一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统的三维效果图。

图3为本发明一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统的能量集中度图。

图4为本发明一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统的调制传递函数曲线图。

图5为本发明一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统的靶面在中心波长的相对照度图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统，包括自前向后设置的透镜组一、透镜组二和透镜组三。透镜组一的光焦度为负，透镜组一包括第一负弯月透镜。透镜组二和透镜组三的光焦度均为正，透镜组二和透镜组三的光焦度接近，透镜组二的光焦度位于0.9倍透镜组三的光焦度至1.1倍透镜组三的光焦度这一范围内。透镜组一的透镜均为球面透镜，透镜组二的透镜均为球面透镜，透镜组三的透镜均为球面透镜。如图1和图2，图1中L1表示透镜组一，L2表示物镜即透镜组二和透镜组三。

透镜组一的主要功能是压缩大角度入射的光线角度，即收集大角度入射的光线，并将压缩大角度入射的光线的入射角度。透镜组二和透镜组三的主要功能是对角度经过压缩的入射光线成像。透镜组二和透镜组三共同作为物镜成像，透镜组二和透镜组三构成准对称结构即透镜组二光焦度和透镜组三光焦度基本对称，并校正透镜组一引入的像差。

近红外鱼眼光学系统的工作波段为900nm-1700nm，物方光束能够从近红外鱼眼光学系统成像到像面的光的波段范围为900nm-1700nm。近红外鱼眼光学系统的视场角大于120°，优选的是，近红外鱼眼光学系统的视场角大于180°。入射到透镜组二上的光束与近红外鱼眼光学系统光轴的夹角小于45°。

一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统还包括孔径光阑，孔径光阑设置在透镜组二和透镜组三之间。近红外鱼眼光学系统还包括滤光片，滤光片与孔径光阑相邻设置，贴近孔径光阑，滤光片位于孔径光阑前侧或后侧。滤光片用于限制入射波段的带宽，以达到降低虚警率的目的。

透镜组一还包括第二负弯月透镜，即光焦度为负，第二负弯月透镜的前表面和后表面均为球面。透镜组一也还可包括第三透镜，第三透镜的前表面和后表面均为球面，第三透镜的光焦度可为正也可为负。优选的是第三透镜为负光焦度的弯月透镜。第一负弯月透镜、第二负弯月透镜和第三透镜自前向后顺次设置。透镜组二包括自前向后设置的第四透镜和第五透镜。透镜组三包括自前向后设置的第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜。第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜均为球面透镜。第四透镜、第五透镜光焦度、第七透镜和第八透镜的光焦度均为正，第六透镜和第九透镜的光焦度均为负。第一负弯月透镜、第二负弯月透镜、第三透镜、第四透镜、滤光片、孔径光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜从前到后顺次设置。

上述近红外鱼眼光学系统的光束传输过程为：入射到第一负弯月透镜的光束依次经第一负弯月透镜发散、经第二负弯月透镜发散、经第三透镜发散或汇聚、经第四透镜汇聚、经第五透镜发散、经滤光片透射、经第六透镜发散、经第七透镜汇聚、经第八透镜汇聚、经第九透镜汇聚后在像面成像。

下面对应图1描述各个镜子的前后表面：第一负弯月透镜的前光学面L101a为凸面，即朝向物方的光学面凸向物方，第一负弯月透镜的后光学面L101b为凹面，即朝向像方的光学面凸向物方。第二负弯月透镜的前光学面L102a为凸面，第二负弯月透镜的后光学面L102b为凹面。第三透镜的前光学面L103a为凹面，即朝向物方的光学面凸向像方，第三透镜的后光学面L103b为凸面，即朝向像方的光学面凸向像方。第四透镜为双凸透镜，即其前光学面L201a为凸面，其后光学面L201b也为凸面。第五透镜的前光学面L202a为凹面、后光学面L202b为凸面。滤光片的前光学面L203a为平面，滤光片的后光学面L203b为平面。第六透镜的前光学面L204a为凹面，第六透镜的后光学面L204b为凸面。第七透镜为双凸透镜，其前光学面L205a和其后光学面L205b为凸面。第八透镜为双凸透镜，其前光学面L206a和其后光学面L206b为凸面。第九透镜的前光学面L207a为凹面，第九透镜的后光学面L207b为凸面。

下表为上述实施例的一个实际设计案例：

为保证在有限体积内达到压缩光线入射角度的目的，第一负弯月透镜、第二负弯月透镜、第三透镜采用高折射率低色散的玻璃，其Nd＞1.7，其Vd小于28，本实施方式中采用火石玻璃H-ZF6材料。为了平衡色差，第四透镜、第五透镜、第六透镜和第九透镜采用高折射率低色散的玻璃，其Nd＞1.7，其Vd＜28，第七透镜和第八透镜采用高色散低折射率玻璃，其Nd＜1.6，其Vd＞60；本实施方式中第四透镜、第五透镜、第六透镜和第九透镜采用具有较高折射率的火石玻璃H-ZF6作为原材料，第七透镜和第八透镜采用冕玻璃H-ZK1作为原材料。

本实施例中透镜组一的有效焦距为-10.2152mm，透镜组二的有效焦距为12.66871mm，透镜组三的有效焦距为12.33018mm，第一负弯月透镜的有效焦距为-44.51849mm、第二负弯月透镜的有效焦距为-13.62697，第三透镜的有效焦距为10067.56mm，第四透镜的有效焦距为12.90244mm，第五透镜的有效焦距为94.39303mm，第六透镜的有效焦距为-15.62389mm，第七透镜的有效焦距为17.44967mm，第八透镜的有效焦距为7.855288mm，第九透镜的有效焦距为-15.57138mm，焦距为正数对应正光焦度，焦距为负数对应负光焦度。

本实施例达到的实际设计指标：第一负弯月透镜的口径为64mm，近红外鱼眼光学系统视场角为185°，近红外鱼眼光学系统相对口径为1:4，近红外鱼眼光学系统外包络为64mm×60mm，即近红外鱼眼光学系统的最大口径为64mm，从第一负弯月透镜像面的距离为60mm。

对于设计案例的光学系统，如图3为使用Encircled energy环形圈入能量来描述所对应的随光斑的变大，所圈入能量的增加程度，0°、30°、60°、90°和92.5°分别表示偏离光轴的角度。如图4调制传递函数曲线图，T表示子午方向，S表示弧矢方向。靶面在中心波长的相对照度如图5所示。

本发明一种面向机载激光告警的近红外鱼眼光学系统具有视场大、相对口径大、传函高、靶面内照度均匀性好等特点。同时，本发明采用全球面设计，有效降低了装配难度和制造成本，适合大批量装备。经过像质分析表明，该光学系统体积紧凑、成像质量良好、靶面内照度均匀性良好，能够满足机载激光告警系统告警范围大、告警距离远、告警灵敏度高等相关要求。本发明的近红外鱼眼光学系统相比常见的鱼眼光学系统结构形式，本发明采用全球面设计，其制造难度较低，可以在最短的周期内以最低的成本完成系统的研制；本发明具有相对宽松的装调公差，有利于系统的集成装调，缩短研制周期，降低研制成本；本发明具有良好的成像质量，从实施例中可以看到，本发明的设计结果达到了比较理想的成像质量。

一种具有制造难度成本较低、大视场、体积紧凑、大相对孔径的光学系统，以提高告警系统的告警范围和灵敏度，同时适合大批量装备。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。