[发明专利]一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统

说明书

本发明提供了一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，包括：沿光路依次设置的整流罩、红外复合镜组以及可见光导引光学组件；红外复合镜组中靠近整流罩一侧的红外透镜的中心具有开孔；可见光导引光学组件设置在开孔处，用于将从开孔处进入的可见光引导至红外复合镜组外。本发明成像视场大、探测距离远、占用空间小、具有大相对孔径，可用于小型红外导引头中，可实现对目标的搜索、跟踪。

技术领域

本发明涉及多模成像导引头系统设计领域，具体涉及一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统。

背景技术

多模复合寻的制导是指由多种模式的寻的导引头参与制导，共同完成导弹的寻的任务。目前正在应用或研究的多模复合寻的导引头，主要采用的是双模复合的形式。双模复合制导武器主要包括紫外/红外、可见光/红外、激光/红外、微波/红外和毫米波/红外成像等。本发明是基于可见光/红外复合成像光学系统进行的改进设计。

目前关于可见光/红外复合成像系统主要分为分口径设计和基于卡塞格林系统的共口径设计两种。

其中分口径设计如图1所示，可见光光路和红外光光路隔离设置，这种设置的缺点是可见光光路过多占用红外光路的空间。

基于卡塞格林系统的共口径设计的一个实例是《可见光/中波红外双波段共口径光学系统设计》(郭钰琳等，《红外技术》，2018年2月)，其结构如图2所示，这种设计由于可见光光路和红外光路共用同一口径，因此相比于分口径设计解决了红外光路空间被占用的问题，卡塞格林系统本身瞬时视场很小，而为保证足够的作用距离其长波红外光路口径又偏大，很难通过扫描方式获得足够的视场。

因此需要一种新的可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，来解决现有技术中的诸多缺陷。

发明内容

本发明的一个目的是解决现有技术中分口径设计占用过多红外光路的空间，而基于卡塞格林系统的共口径设计视场过小的缺陷。

本发明提供了一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，包括：沿光路依次设置的整流罩、红外复合镜组以及可见光导引光学组件；红外复合镜组中靠近整流罩一侧的红外透镜的中心具有开孔：可见光导引光学组件设置在开孔处，用于将从开孔处进入的可见光引导至红外复合镜组外。

可选地，可见光导引光学组件包括棱镜。

可选地，可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统还包括可见光反射镜以及可见光成像镜组，可见光反射镜用于将引导出的可见光反射至可见光成像镜组，进而通过可见光成像镜组进行成像。

可选地，红外复合镜组包括第一红外透镜、第二红外透镜、第三红外透镜，分别沿着靠近整流罩至远离整流罩方向依次设置；第一红外透镜的中心具有开孔。

可选地，由红外复合镜组构成的红外光分系统的工作波段为8μm～14μm，视场≥6.5°×5.2°；由可见光导引光学组件、可见光反射镜以及可见光成像镜组构成的可见光分系统的工作波段为580nm～1000nm，视场≥8°×8°。

本发明的有益效果是：

(1)成像视场大、探测距离远、占用空间小、大相对孔径。

(2)在一个具体的实施例中，本发明中的可见光成像系统工作波段580nm～1000nm，视场≥8°×8°，分辨率2048×2048，其轴上MTF≥0.45@90lp/mm，0.7视场MTF≥0.3@90lp/mm；红外光学系统工作波段8μm～14μm，视场≥6.5°×5.2°,分辨率640×512，其轴上MTF≥0.3@30lp/mm；0.7视场MTF≥0.31@30p/mm,匹配红外相机MRTD≤300mK；可见光成像系统与红外成像系统光轴一致性≤0.01°，外形尺寸＜Φ138mm×90mm，总重量＜900g，具有结构紧凑、质量轻、体积小、环境适应性好等特点。