[发明专利]弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜

说明书

本发明公开了一种弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜，针对远处的红外目标，能高透过率高像质的获取目标双波段光学图像。它的光学系统包括共口径前置望远镜组、平面反射镜组、场镜、中继成像镜组和红外探测器；共孔径前置望远镜组、中继成像镜组的结构形式均为透射式柯克三片式。光学系统采用二次成像光学结构，便于与制冷型焦平面探测器相匹配，具有100%冷光阑效率；并能压缩第一物镜的口径，结构紧凑，体积小；通过优选材料实现了光学系统的被动消热差，成像质量接近衍射极限，满足了系统小型化的要求。

技术领域

本发明涉及一种弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜，可适用于双波段红外探测的小型化中长波双波段红外导引头光学系统等。

背景技术

红外成像系统能够在强光或闪光的干扰下不致盲，应而在战场能够发挥比可见光成像技术无以比拟的作用。由于受红外焦平面技术的限制，传统的红外成像系统一般工作的波段较窄，获取的信息量有限，一些有用的信息湮没在工作波段内，这是因为不同辐射特性的景物在短波红外(SWIR)、中波红外(MWIR)、长波红外(LWIR)有着不同的表现，比如在存在杂散辐射或靠近热源的情况下，长波红外具有较强的侦察能力；在湿热的环境下，中波红外的优势更为明显；短波红外特性与可见光比较接近。因此,结合各个波段的成像特点，工作于多个波段的红外光学系统能够获取充分有用的信息，有效剔除目标的伪装信息，提高目标的探测与识别能力、识别速率，并降低系统的虚警率，在军事作战中占有发挥举足轻重的地位。

红外双波段光学系统的设计是双色导引头实现的一项关键技术。随着红外光学系统应用越来越广泛，工作环境越来越复杂，对红外光学系统的成像质量要求越来越高，设计能够工作在恶劣环境条件下的高性能红外光学系统成为必然。环境温度变化将引起材料折射率的变化、系统焦距改变、像面位移、成像质量下降等。由于大多数红外光学材料的折射率随温度变化较大,红外光学系统的热不稳定性表现得尤为明显。因此，在设计红外光学系统的过程中，必须采用一定的补偿技术以消除温度变化造成的影响，使红外光学系统能够在一定的环境温度范围内保持良好的成像质量。

传统的无热化设计方法可分为三类：(1) 机械被动式；(2) 机电主动式；(3) 光学被动式。其中光学被动消热差技术凭借其重量小、无功耗、可靠性高等优点，成为光学系统消热差的首选方法，可通过匹配透镜与镜头结构件的热性能自动消除热差。但目前适用于工作在中长波红外双波段的弹载消热差望远成像物镜系统还未见报道。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种体积紧凑，成像质量高，工作于中长波红外双波段，出瞳与探测器冷光阑准确匹配的弹载消热差望远成像物镜。

实现本发明目的的技术方案是提供一种弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜，它的光学系统包括共口径前置望远镜组、平面反射镜组、场镜、中继成像镜组和红外探测器；所述的共孔径前置望远镜组、中继成像镜组的结构形式均为透射式柯克三片式；共孔径前置望远镜组中各透镜的光焦度范围依次为0.02～0.035、 -0.008～-0.02、-0.02～-0.04、0.001～0.005，各透镜的材料依次为ZnSe、Ge、ZnS、ZnSe；中继成像镜组中各透镜的光焦度范围依次为0.02～0.035、 -0.01～-0.04、 -0.01～-0.02、0.03～0.05，各透镜的材料依次为ZnSe、BaF_2、Ge、ZnSe；所述的共孔径前置望远镜组的焦距与物镜光学系统的焦距之比为1.5:1～2.5:1；所述的中继成像镜组的焦距与物镜光学系统的焦距之比为1:1～2:1。

本发明提供的弹载消热差中长波红外双波段望远成像物镜，其光学系统的一种具体结构是：共口径前置望远镜组的出射光经两块平面反射镜折叠光路，在两块平面反射镜中加入二向分色镜，将中波红外反射，长波红外透射；所述的中波红外光经场镜聚焦目标，再经平面反射镜折叠一次光路形成一次像后，通过中继成像镜组将目标成像于中波红外探测器的焦平面上；所述的长波红外光经另一场镜形成一次像，再通过另一中继成像镜组将目标成像于长波红外探测器的焦平面上。