[发明专利]一种红外宽波段多干扰复合光学系统

说明书

技术领域

本发明属于红外和模拟仿真技术领域，涉及一种红外宽波段多干扰复合光学系统，它适用于测量红外短波和中波成像系统的动态目标识别与跟踪能力的红外干扰模拟的光学系统。

背景技术

随着红外成像技术的发展，红外传感接受装置，如红外遥感，红外导引、跟踪，和热像仪等已经成为各国军事发展的重中之重。根据国家军事需求，现代红外成像系统越来越复杂、精密，所以制作成本也随之增加，这使得对其进行的战场方案验证和飞行试验的经费开支越来越大，而且每次试验获取的有用信息也非常有限。

红外半实物仿真技术能有效用于红外成像系统的性能评价，此外它还能大量减少外场飞行试验，节省经费开支和缩短武器研制周期。因此，半实物仿真技术在红外成像系统的研制过程中具有重要意义。目前在红外背景的模拟仿真中，需要模拟的目标往往不只一个，目标的影像是通过独立的光学系统产生的，这导致整个目标模拟系统结构复杂，甚至会因结构的限制而无法实现想要的功能，因此需要一个干扰复合光学系统将其复合到一起。

对于宽波段多干扰复合光学系统，扩束元件的性能直接影响着该装置的仿真性能，目前国内应用于多干扰细光束扩束技术有网纹镜扩束技术（又名微坑镜扩束技术）以及红外传像光缆扩束技术，两种扩束技术在使用上都存在一定的局限。网纹镜扩束技术一般受扩束光斑大小、微坑制作工艺的限制，该方法的系统耦合效率较低，而且外形尺寸大、体积大，重量大；而红外传像光缆扩束技术受光纤材料及光缆制作技术的限制，传像光缆的光谱范围相对较窄，此外较大数值孔径的传像光缆很难获得。

宽波段多干扰复合光学系统，影响其成像质量的首要挑战在于将不同波段的光谱信息成像于同一焦平面上，而由于色差的原因这点很难做到，另外一个重要挑战在于能传输宽波段信息的红外材料非常有限，而且某些材料价格极其昂贵。这些都制约着红外宽波段目标仿真光学系统的发展。目前设计此类光学系统的通用方法是选用至少三种不同的红外材料相配合，同时在某些透镜表面上使用非球面来保证成像质量。综合考虑材料的昂贵性以及非球面加工的难度，这使得研制成本大大增加。因此目前迫切需要一种在保证成像质量的基础上，满足价格低廉、易于加工装调要求的红外宽波段多干扰复合光学系统。

发明内容

为了解决目前红外宽波段多干扰复合光学系统耦合效率低、体积大、价格昂贵、难于加工装调的缺点，本发明提出一种成像波段为2.2~4.8μm、视场为±4°的红外宽波段多干扰复合光学系统，用于测试红外成像系统的动态目标识别与跟踪能力。该系统的显著优点在于：耦合效率高，体积小，性价比很高，且易于加工装调。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种红外宽波段多干扰复合光学系统，包括干扰光学系统、复合光学系统、扩束元件、扩束准直光学系统以及平面反射镜五部分，其中干扰光学系统为四路，位于垂直于纸面方向的同一平面内且沿“十”字方向分布，所述干扰光学系统由景象生成器和干扰准直光学系统组成，景象生成器发出的红外辐射经干扰准直光学系统准直后为平面反射镜所反射，再经复合光学系统复合后汇聚成同轴光束进入扩束元件，经其扩束后再通过扩束准直光学系统入射到后续的耦合镜上，耦合镜将目标光路和干扰光路耦合在一起，再经主投影光学系统的物镜和目镜扩束后成像到无限远，与被测光学系统进行匹配。

上述复合光学系统中，所述干扰准直光学系统与复合光学系统的偏心度为35mm。

上述复合光学系统中，所述景象生成器位于干扰准直光学系统的焦平面上。

上述复合光学系统中，所述扩束元件位于复合光学系统和扩束准直光学系统的焦平面上。

上述复合光学系统中，所述扩束元件为微透镜阵列。

上述复合光学系统中，除去反射镜、微透镜阵列上表面为平面外，其它透镜表面均为标准球面。

上述复合光学系统中，实现了四路干扰光路通过一个复合光路耦合到一起。

本发明的四个干扰光路位于垂直于观察纸面的同一平面内且沿“十”字方向分布，它们的离轴细光束偏心距为35mm，使系统紧凑，并且采用微透镜阵列作为扩束元件，在满足扩束要求的基础上，耦合效率较高。和网纹镜和光纤阵比，系统体积小，重量轻，结构紧凑。  

本发明的红外宽波段多干扰复合光学系统具有以下优点：

1、该系统的透镜材料仅限于Si和Ge两种晶体。在满足较高成像质量的基础上，显著降低了系统制造成本。

2、除去平行平板外，该系统的所有透镜表面均采用标准球面，使得系统加工、装调变得容易，进而减小了系统成本。