[发明专利]高精度小型化红外光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及中波红外技术领域，尤其涉及一种具有高精度、大视场、小型化的中波红外光学系统，应用于精确制导领域。

背景技术

近年来，随着精确制导武器在现代战争中的地位不断提高，红外成像寻的制导技术的开发与运用越来越受到国内外的重视，而随着作战使命和作战环境的日益复杂化，精确制导武器对红外成像光学系统的要求也越来越高，要求红外成像光学系统具有高探测灵敏度、高空间分辨率、大动态范围，并具有较强的目标识别能力、抗干扰能力和战场环境适应性。为此武器系统对红外成像光学系统提出越来越高的要求，在高性能的红外成像光学系统设计中必须考虑到红外成像制导导弹作战的对象、使用的环境，充分重视红外成像光学系统的权衡设计、红外焦平面阵列探测器的优化应用、复杂背景和对抗条件下的自主目标识别等问题，这样才能设计出高性能的红外成像光学系统，全面满足武器系统对红外成像光学系统所提出越来越高的要求。

红外成像光学系统具有被动工作、隐蔽性强、可全天时全天候工作、抗干扰能力较强等优点。可通过对视场内红外辐射高灵敏度、高分辨率、高帧频的被动成像，获取丰富的景物信息，完成对目标的精确测量，实现对目标识别和命中点的精确选择。红外成像是一种基于传统的光学成像机理的技术。红外成像制导的空间分辨率高；目标成像能力较强，目标识别与命中点选择更加可靠；干扰因素相对较少，信息处理简单。因此，红外成像制导具有良好的发展前景。而红外成像制导技术更重要的是红外光学系统的设计，一种高精度小型化的光学系统的设计显得尤为重要。

然而现有的红外光学系统存在以下问题：

（1）扫描型光学系统虽然视场覆盖的范围大，但信息获取不连续，且有光机扫描装置，体积大，结构复杂；

（2）凝视型光学系统不需要光机扫描装置，但瞬时视场一般比较小；

（3）一般红外成像光学系统不仅需要具有较大的搜索视场，还应具备较高的成像分辨率，但分辨率提高会带来系统焦距和口径增加，使系统体积增大；

（4）红外光学玻璃的材料选择具有局限性；

（5）结构复杂，成本高。

发明内容

为了解决现有红外光学系统存在高精度、小型化、大视场之间的矛盾，本发明提供了一种高精度小型化红外光学系统。

本发明的高精度小型化红外光学系统从物面到像面依次同轴设置有整流罩平板1、光焦度为正的前透镜组2、光焦度为负的后透镜组3和红外成像探测器4，且红外光学系统焦距之间的关系满足下列条件：

                                       （1）；

                                  （2）；

其中，为前组透镜焦距，为后组透镜焦距，为系统总焦距，为系统总焦距与系统总长之比，为前后透镜组的间距。

本发明红外光学系统初始结构选择远摄型折射一次成像的结构形式，通过合理分配前后透镜组的光焦度，使整个系统的长度缩小，视场增大，且采用小像元红外焦平面探测器，使系统的分辨率增高。本发明的高精度小型化红外光学系统既满足高分辨率的要求，又满足小型化的需求。本发明对比现有技术具有以下显著优点：

（1）结构简单，体积小，适合小型化的红外光学系统使用；

（2）具有较大的搜索视场；

（3）具有高成像分辨率；

（4）具有较高的透过率，透过率能达到90%以上；

（5）结构紧凑，综合成本低廉，符合经济性原则；

（6）可以应用于高精度，大视场，轻型化需要的中波红外精确制导领域。

附图说明

图1为本发明的红外光学系统结构示意图；

图2为本发明的红外光学系统在-40℃时的光学传递函数MTF图；

图3为本发明的红外光学系统在20℃时的光学传递函数MTF图；

图4为本发明的红外光学系统在60℃时的光学传递函数MTF图；

图5为本发明的红外光学系统在-40℃时的能量包围圆图；

图6为本发明的红外光学系统在20℃时的能量包围圆图；

图7为本发明的红外光学系统在60℃时的能量包围圆图；

图8为本发明的红外光学系统在-40℃时的点列图；

图9为本发明的红外光学系统在20℃时的点列图；

图10为本发明的红外光学系统在60℃时的点列图；

图11为现有技术折射二次成像红外光学系统结构图；

图12为现有技术折反形式红外光学系统结构图。