[发明专利]一种适用于超声速环境的中波红外光学镜头

说明书

本发明公开了一种适用于超声速环境的中波红外光学镜头，其包括：沿光路方向由前至后同轴布置的光学头罩(1)、第一透镜(2)、第二透镜(3)、第三透镜(4)、第四透镜(5)、第五透镜(6)、第六透镜(7)和第七透镜(8)；第一透镜(2)为凸凹透镜，第二透镜(3)为凸凹透镜，第三透镜(4)为凸凹透镜，第四透镜(5)为凹凸透镜，第五透镜(6)为双凸透镜，第六透镜(7)为双凹透镜，第七透镜(8)为双凸透镜。本发明采用被动无热化设计，在‑40℃～+80℃温度范围内可正常工作，并且省却了测温调焦机构，简化了结构。

技术领域

本发明属于光学系统设计技术领域，涉及一种适用于超声速环境的中波红外光学镜头。

背景技术

红外成像制导技术因其制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、效费比高、结构紧凑、机动灵活等优点，已经在现代武器装备中得到了广泛应用。超声速飞行已成为制导武器设计的一个重要指标，当飞行马赫数为1.3≤Ma≤5.0时，称为超声速飞行，此时光学头罩与气流之间会发生强烈的相互作用，产生气动热，光学头罩温度急剧升高，导致头罩内外表面产生温度梯度，并使光学头罩产生热变形和热应力，从而影响红外成像镜头的分辨率及成像质量。因此，气动热效应对成像性能的影响及其消除方式，已成为国内外研究的重点。

目前国内的研究重点主要集中在超声速条件下光学头罩基底材料的选择和制备，气动热效应下高速飞行器光学头罩热(光)传输机理的研究，以及相应数学模型的建立上。从光学设计角度出发，从原理上解决气动热效应对光学镜头性能的影响，目前国内还未有公开的研究成果及相应的专利文献。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种适用于超声速环境的中波红外光学镜头，实现在超声速条件下清晰成像，工作波段为3.5μm～5.0μm，采用被动无热化设计，在-40℃～+80℃温度范围内可正常工作，省却测温调焦机构。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种适用于超声速环境的中波红外光学镜头，其包括：沿光路方向由前至后同轴布置的光学头罩1、第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7和第七透镜8；第一透镜2为凸凹透镜，第二透镜3为凸凹透镜，第三透镜4为凸凹透镜，第四透镜5为凹凸透镜，第五透镜6为双凸透镜，第六透镜7为双凹透镜，第七透镜8为双凸透镜。

其中，所述光学头罩1的光学材料为蓝宝石，前后两表面的半径范围依次为109mm～110.5mm和105mm～105.5mm，通光口径范围依次为φ120mm～φ125mm和φ108mm～φ122mm，光学厚度范围为5mm～6mm。

其中，所述第一透镜2的光学材料为锗，前后两表面的半径范围依次为115.3mm～117.3mm和47.5mm～48.5mm，通光口径范围依次为φ32mm～φ32.5mm和φ31mm～φ31.5mm，光学厚度范围为4.5mm～5.5mm。

其中，所述第二透镜3的光学材料为硫化锌，前后两表面的半径范围依次为64.5mm～65.5mm和31.1mm～32.1mm，通光口径范围依次为φ30mm～φ30.5mm和φ28mm～φ28.5mm，光学厚度范围为5.5mm～6.5mm。

其中，所述第三透镜4的光学材料为硅，前后两表面的半径范围依次为10.5mm～11.5mm和7.5mm～8.5mm，通光口径范围依次为φ16.5mm～φ17mm和φ8.5mm～φ9mm，光学厚度范围为7.5mm～8.5mm。

其中，所述第四透镜5的光学材料为锗，前后两表面的半径范围依次为8.5mm～9.5mm和13.1mm～14.1mm，通光口径范围依次为φ10.2mm～φ11.2mm和φ16.5mm～φ17.5mm，光学厚度范围为6.5mm～7.5mm。