一种可适用多光波段的导引头光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种导引头光学系统，特别是一种可适用多光波段的导引头光学系统。


背景技术：

2.在科技与军事领域中，导引头是整个导弹的眼睛，可以完成对目标的自主搜索、识别和跟踪，并能给出制导所需的信号，而光学系统位于位标器的最前端，用于接收目标的红外辐射，对导引头的作用距离、跟踪搜索能力均具备影响力，因此，光学系统成像质量的好坏对整个导引头有至关重要的作用，但目前接受目标的信号只在红外辐射范围内，涉及的红外波段窄，且缺乏对可见光波段的接受能力。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可适用多光波段的导引头光学系统。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种可适用多光波段的导引头光学系统，包括沿光轴从物测至像测排列的汇光透镜、第一透镜、波段调节透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和反射透镜；
6.所述汇光透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
7.所述第一透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
8.所述第二透镜的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
9.所述第三透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
10.所述第四透镜的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
11.所述第五透镜的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
12.所述反射透镜的物面侧为凹面，像面侧为凸面。
13.汇光透镜、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的焦距为正，所述反射透镜的焦距为负。
14.所述汇光透镜是由csbr玻璃材料制成的球面反射镜，且表面镀有反射膜；所述第一透镜是由mirror玻璃材料制成的球面反射镜，且表面镀有反射膜；所述第二透镜是由mirror玻璃材料制成的球面透镜；所述第三透镜为非球面镜；所述第四透镜是由mirror玻璃材料制成的球面透镜；所述第五透镜为球面透镜；所述反射透镜是由mirror玻璃材料制成的非球面反射镜，且表面镀有反射膜。
15.所述反射透镜的圆形遮光镜最小半径为40mm，最大半径为116.6mm；所述反射透镜的表面为偶次非球面；所述汇光透镜的曲率半径为170mm。
16.所述反射膜为金刚石膜。
17.所述该光学系统的总焦距为f＝270mm，系统光学总长为185.8mm。
18.所述波段调节透镜包括前调节透镜和后调节透镜；所述前调节透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面；所述后调节透镜的物面侧为凹面，像面侧为凸面；所述前调节透镜和后
调节透镜的焦距均为正。
19.所述前调节透镜是由mirror玻璃材料制成的球面透镜，所述后调节透镜为非球面反射镜。
20.所述波段调节透镜的物面侧以及像面侧均为凹面；所述波段调节透镜的焦距为正。
21.所述波段调节透镜是由germanium玻璃材料制成的球面透镜。
22.本实用新型的有益效果是：本实用新型能实现可见光以及红外中长波段的光传导，且结构精简合理，不仅有效地降低加工装调的难度和减低了系统的重量，也使整个系统的成本低廉、结构更加紧凑，而第三透镜和反射透镜为非球面镜，极大地改善了光学系统的成像质量，具有性能完善，汇聚目标辐射的能量强，作用距离远的优点。
附图说明
23.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
24.图1是本实用新型实施例一的结构示意图；
25.图2是本实用新型实施例一的红外中波轴向差图；
26.图3是本实用新型实施例一的光程差示意图；
27.图4是本实用新型实施例一的场曲与畸变示意图；
28.图5是本实用新型实施例一的传递函数图；
29.图6是本实用新型实施例一的点列示意图；
30.图7是本实用新型实施例二的结构示意图；
31.图8是本实用新型实施例二的红外中波轴向差图；
32.图9是本实用新型实施例二的光程差示意图；
33.图10是本实用新型实施例二的场曲与畸变示意图；
34.图11是本实用新型实施例二的传递函数图；
35.图12是本实用新型实施例二的点列示意图；
36.图13是本实用新型实施例三的结构示意图；
37.图14是本实用新型实施例三的红外中波轴向差图；
38.图15是本实用新型实施例三的光程差示意图；
39.图16是本实用新型实施例三的场曲与畸变示意图；
40.图17是本实用新型实施例三的传递函数图；
41.图18是本实用新型实施例三的点列示意图。
具体实施方式
42.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围，此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对
重要性。
43.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.实施方式一：
45.参照图1，一种可适用多光波段的导引头光学系统，包括沿光轴从物测至像测排列的汇光透镜1、第一透镜2、波段调节透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6、第五透镜7和反射透镜8；
46.所述汇光透镜1的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
47.所述第一透镜2的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
48.所述第二透镜4的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
49.所述第三透镜5的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
50.所述第四透镜6的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
51.所述第五透镜7的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
52.所述反射透镜8的物面侧为凹面，像面侧为凸面。
53.汇光透镜1和反射透镜8分别为主次镜，第一透镜2、波段调节透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6和第五透镜7构成补偿透镜组，本实施例的光学系统能实现3.7um～4.8um的红外光传导，本身的系统结构精简合理，不仅有效地降低加工装调的难度、造价低且减低了系统的重量，也使整个系统的结构能更加紧凑。
54.所述汇光透镜1、第一透镜2、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6和第五透镜7的焦距为正，所述反射透镜8的焦距为负。
55.所述汇光透镜1是由csbr玻璃材料制成的球面反射镜，且表面镀有反射膜；所述第一透镜2是由mirror玻璃材料制成的球面反射镜，且表面镀有反射膜；所述第二透镜4是由mirror玻璃材料制成的球面透镜；所述第三透镜5为非球面镜；所述第四透镜6是由mirror玻璃材料制成的球面透镜；所述第五透镜7为球面透镜；所述反射透镜8是由mirror玻璃材料制成的非球面反射镜，且表面镀有反射膜，使得光学结构汇聚目标辐射的能量增强，达到的作用距离更远。
56.所述反射透镜8的圆形遮光镜最小半径为40mm，最大半径为116.6mm；
57.所述反射透镜8的表面为偶次非球面；所述汇光透镜1的曲率半径为170mm，而上述非球面镜片的使用，极大地改善了光学系统的成像质量。
58.所述反射膜为一层以及一层以上的金刚石膜，能加强光学系统在实际应用至导引头整流罩中的机械强度，令应用了光学系统的整流罩可承受2450～3675km/h的气动力，减少摩擦力和基波系数，同时提高抗热冲击能力。
59.所述该光学系统的总焦距为f＝270mm，系统光学总长为185.8mm，因此，本光学系统的结构极为精巧紧凑。
60.所述波段调节透镜3包括前调节透镜9和后调节透镜10；所述前调节透镜9的物面侧为凸面，像面侧为凹面；所述后调节透镜10的物面侧为凹面，像面侧为凸面；所述前调节透镜9和后调节透镜10的焦距均为正。
61.所述前调节透镜9是由mirror玻璃材料制成的球面透镜，所述后调节透镜10为非球面反射镜。
62.综上，本实施例设计的光学系统能够使得整体高性能导引头光学系统性能更加完善；下面将用实例、附图1至附图6以及表1对本实施例进行说明。
[0063][0064][0065]
表1
[0066]
其中：s1：汇光透镜的物侧面；s2：汇光透镜的像侧面；
[0067]
s3：反射透镜的物象面；s4：第一透镜的物象面；
[0068]
s5：前调节透镜的物象面；s6：后调节透镜的物象面；
[0069]
s7：第二透镜的物象面；s8：第三透镜的物象面；
[0070]
s9：第四透镜的物象面；s10：第五透镜的物象面；
[0071]
焦距、曲率半径、轴上厚度的单位为mm。
[0072]
表1所示的是本实施方式中各镜片的设计数据，其中s1、s2分别代表汇光透镜的物侧面与像侧面；s3为反射透镜的物像面；若连线方向与光线传播方向相同则为正，反之为负；若该面为平面，该面曲率半径为无穷大；表1中的“厚度”给出了相邻两个面在光轴上的距离，其正负判定原则是：以当前面顶点作为起点，下一面顶点作为终点；若连线方向与光线传播方向相同则为正，反之为负；若两个面之间的材料为红外材料，则该厚度表示透镜厚度，若两个面之间的没有材料，则表示两个透镜之间的空气间隔。
[0073]
图2、3所示分别为在红外中波(3.7um～4.8um)波段的光经过光学系统实施方式一的轴向差及光程差示意图；图2中三条红外线(4.8um波长、4.2um波长和3.7um波长)越靠近两侧坐标轴偏离值逐渐减少，并于坐标轴相交，可见优化后即使存在垂轴色差和轴向像差，
但也得到了补足(左部分为轴向像差，右部分为垂轴色差)。而在图3中，子午垂轴像差的曲线弯曲的比较厉害，所以其子午彗差较大，但仍在设计可接受范围内(左部分为光程差，右部分为横向光扇图)。
[0074]
图4所示为红外中波波段的光经过光学系统实施方式一的场曲与畸变示意图，可以看出三条线几乎接近重合，但与纵轴的距离较大；而畸变图中，线越靠近上端越偏离纵轴，由此得出弧矢场曲和红线的子午都存在，但在可接受范围内。
[0075]
图5和6所示为红外中波波段的光经过光学系统实施方式一的传递函数和点列示意图；在图5中，其截止频率为10lp/mm时，mtf曲线的最小值超过0.6，符合成像要求；参照图6，在整个1.2
°
的全视角中，点列图像都在airy斑内，其中3.7um和4.8um红外波段较为集中，成像质量得到最大的优化。
[0076]
实施方式二：
[0077]
参照图7，一种可适用多光波段的导引头光学系统，包括沿光轴从物测至像测排列的汇光透镜1、第一透镜2、波段调节透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6、第五透镜7和反射透镜8；
[0078]
所述汇光透镜1的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
[0079]
所述第一透镜2的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
[0080]
所述第二透镜4的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
[0081]
所述第三透镜5的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
[0082]
所述第四透镜6的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
[0083]
所述第五透镜7的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
[0084]
所述反射透镜8的物面侧为凹面，像面侧为凸面。
[0085]
汇光透镜1和反射透镜8分别为主次镜，第一透镜2、波段调节透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6和第五透镜7构成补偿透镜组，本实施例的光学系统能实现8um～12um的红外光传导，本身的系统结构精简合理，不仅有效地降低加工装调的难度、造价低且减低了系统的重量，也使整个系统的结构能更加紧凑。
[0086]
所述汇光透镜1、第一透镜2、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6和第五透镜7的焦距为正，所述反射透镜8的焦距为负。
[0087]
所述汇光透镜1是由csbr玻璃材料制成的球面反射镜，且表面镀有反射膜；所述第一透镜2是由mirror玻璃材料制成的球面反射镜，且表面镀有反射膜；所述第二透镜4是由mirror玻璃材料制成的球面透镜；所述第三透镜5为非球面镜；所述第四透镜6是由mirror玻璃材料制成的球面透镜；所述第五透镜7为球面透镜；所述反射透镜8是由mirror玻璃材料制成的非球面反射镜，且表面镀有反射膜，使得光学结构汇聚目标辐射的能量增强，达到的作用距离更远
[0088]
所述反射透镜8的圆形遮光镜最小半径为40mm，最大半径为116.6mm；
[0089]
所述反射透镜8的表面为偶次非球面；所述汇光透镜1的曲率半径为170mm，而上述非球面镜片的使用，极大地改善了光学系统的成像质量。
[0090]
所述反射膜为一层以及一层以上的金刚石膜，能加强光学系统在实际应用至导引头整流罩中的机械强度，令应用了光学系统的整流罩可承受2450～3675km/h的气动力，减少摩擦力和基波系数，同时提高抗热冲击能力。
[0091]
所述该光学系统的总焦距为f＝270mm，系统光学总长为185.8mm。
[0092]
所述波段调节透镜3的物面侧以及像面侧均为凹面；所述波段调节透镜3的焦距为正。所述波段调节透镜3是由germanium玻璃材料制成的球面透镜，相较于实施方式一，本实施例方式可以减少矫正透镜组的数量，进一步地减轻系统的重量，令装配更加方便。
[0093]
下面将用实例、附图7至附图12以及表2对本实施例进行说明。
[0094][0095][0096]
表2
[0097]
其中：s1：汇光透镜的物侧面；s2：汇光透镜的像侧面；
[0098]
s3：反射透镜的物象面；s4：第一透镜的物象面；
[0099]
s5：波段调节透镜的物象面；s6：波段调节透镜的像侧面；
[0100]
s7：第二透镜的物象面；s8：第三透镜的物象面；
[0101]
s9：第四透镜的物象面；s10：第五透镜的物象面；
[0102]
焦距、曲率半径、轴上厚度的单位为mm。
[0103]
表2所示的是本实施方式中各镜片的设计数据，其中s1、s2分别代表汇光透镜的物侧面与像侧面；s3为反射透镜的物像面；s5、s6分别代表波段调节透镜的物侧面与像侧面；
[0104]
图8、9所示分别为在红外长波(8um～12um)波段的光经过光学系统实施方式二的轴向差及光程差示意图；图2中三条红外线(8.0um波长、10.2um波长和12.0um波长)越往两侧延伸，稍稍偏离坐标轴，但垂轴像差和轴向色差不大，而在图9中垂轴像差曲线的弯曲程度不大，说明子午慧差不大。
[0105]
图10所示为红外长波波段的光经过光学系统实施方式二的场曲与畸变示意图，可以看出越往上延伸越分离，并逐渐偏向纵轴，所以子午和场曲都存在，但在可接受范围内。
[0106]
图11和图12所示为红外长波波段的光经过光学系统实施方式二的传递函数和点列示意图；在图11中，截止频率为10lp/mm时，mtf曲线的最小值大于0.3，符合成像要求；参照图12，在整个1.2
°
的全视角中，点列图像都在airy斑内，其中三种红外波段都集中在一起，成像质量符合要求。
[0107]
需要说明的是，图7至图12的结构部分划分分别相同于实施方式一的图1至6。
[0108]
实施方式三：
[0109]
参照图13，一种可适用多光波段的导引头光学系统，包括沿光轴从物测至像测排列的汇光透镜1、第一透镜2、波段调节透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6、第五透镜7和反射透镜8；
[0110]
所述汇光透镜1的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
[0111]
所述第一透镜2的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
[0112]
所述第二透镜4的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
[0113]
所述第三透镜5的物面侧为凸面，像面侧为凹面；
[0114]
所述第四透镜6的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
[0115]
所述第五透镜7的物面侧为凹面，像面侧为凸面；
[0116]
所述反射透镜8的物面侧为凹面，像面侧为凸面。
[0117]
汇光透镜1和反射透镜8分别为主次镜，第一透镜2、波段调节透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6和第五透镜7构成补偿透镜组，本实施例的光学系统能实现可见光光传导，本身的系统结构精简合理，不仅有效地降低加工装调的难度、造价低且减低了系统的重量，也使整个系统的结构能更加紧凑。
[0118]
所述汇光透镜1、第一透镜2、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6和第五透镜7的焦距为正，所述反射透镜8的焦距为负。
[0119]
所述汇光透镜1是由csbr玻璃材料制成的球面反射镜，且表面镀有反射膜；所述第一透镜2是由mirror玻璃材料制成的球面反射镜，且表面镀有反射膜；所述第二透镜4是由mirror玻璃材料制成的球面透镜；所述第三透镜5为非球面镜；所述第四透镜6是由mirror玻璃材料制成的球面透镜；所述第五透镜7为球面透镜；所述反射透镜8是由mirror玻璃材料制成的非球面反射镜，且表面镀有反射膜，使得光学结构汇聚目标辐射的能量增强，达到的作用距离更远
[0120]
所述反射透镜8的圆形遮光镜最小半径为40mm，最大半径为116.6mm；
[0121]
所述反射透镜8的表面为偶次非球面；所述汇光透镜1的曲率半径为170mm，而上述非球面镜片的使用，极大地改善了光学系统的成像质量。
[0122]
所述反射膜为一层以及一层以上的金刚石膜，能加强光学系统在实际应用至导引头整流罩中的机械强度，令应用了光学系统的整流罩可承受2450～3675km/h的气动力，减少摩擦力和基波系数，同时提高抗热冲击能力。
[0123]
所述该光学系统的总焦距为f＝270mm，系统光学总长为185.8mm。
[0124]
所述波段调节透镜3包括前调节透镜9和后调节透镜10；所述前调节透镜9的物面侧为凸面，像面侧为凹面；所述后调节透镜10的物面侧为凹面，像面侧为凸面；所述前调节透镜9和后调节透镜10的焦距均为正。
[0125]
所述前调节透镜9是由mirror玻璃材料制成的球面透镜，所述后调节透镜10为非球面反射镜。
[0126]
下面将用实例、附图13至附图18以及表3对本实施例进行说明。
[0127][0128][0129]
表3
[0130]
其中：s1：汇光透镜的物侧面；s2：汇光透镜的像侧面；
[0131]
s3：反射透镜的物象面；s4：第一透镜的物象面；
[0132]
s5：前调节透镜的物象面；s6：后调节透镜的物象面；
[0133]
s7：第二透镜的物象面；s8：第三透镜的物象面；
[0134]
s9：第四透镜的物象面；s10：第五透镜的物象面；
[0135]
焦距、曲率半径、轴上厚度的单位为mm。
[0136]
表3所示的是本实施方式中各镜片的设计数据，实施方式一的区别在于第一透镜的物象面的光学面曲率半径为159.101mm，后调节透镜的物象面的圆锥系数为
‑
9.623*10
14
，第三透镜的物象面的圆锥系数为
‑
3.368*10
11
，第五透镜的物象面的镜片的厚度为5.099mm。
[0137]
图14和图15所示分别为在可见光波段的光经过光学系统实施方式三的轴向差及光程差示意图；图14中四条可见光线(0.47um波长、0.51um波长、0.555um波长和0.61um波长)光线越往两边延申就越偏离两侧的坐标轴，且光线也逐渐分离(左部分为轴向像差，右部分为垂轴色差)；而在图15中，子午垂轴向差曲线的弯曲程度不大，基本呈线性延申，综上两图说明存在位置色差，但仍在设计可接受范围内(左部分为光程差，右部分为横向光扇图)。
[0138]
图16所示为可见光波段的光经过光学系统实施方式三的场曲与畸变示意图，每个波长的线都各自重合，说明没有产生场曲，但存在位置色差，在可接受范围内。
[0139]
图17和18所示为可见光波段的光经过光学系统实施方式三的传递函数和点列示意图；在图17中，其截止频率为10lp/mm时，mtf曲线的最小值超过0.9，符合成像要求；参照图6，0.47和0.51um的波长光线80％都在airy斑中，而0.555um以后的波长光线较为分散，说明虽然存在位置色差，但总体成像符合设计要求。
[0140]
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。