一种用于光束跟瞄装备的光轴光瞳标校复合光学系统的制作方法

1.本发明涉及光电跟瞄成像技术领域，更为具体的，涉及一种用于光束跟瞄装备的光轴光瞳标校复合光学系统。


背景技术：

2.光束控制与跟踪瞄准装备(简称atp)是激光定向能武器的重要组成部分，其目的是将高能激光经过光电跟瞄转台到发射望远镜上，将激光聚焦到远场目标上，对目标实现打击和摧毁。主要作用是完成目标跟踪探测、内光路光轴标校、高精度瞄准等功能。
3.目前现有技术存在如下缺点：由于主激光、光学视轴和光电转台的机械轴的偏差，系统对目标的跟踪精度和瞄准精度有待提高；同时，存在系统空间大，成本高等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于光束跟瞄装备的光轴光瞳标校复合光学系统，能够校正主激光、光学视轴和光电转台的机械轴的偏差，保证系统对目标的跟踪精度和瞄准精度，节省了系统的成本，合理的利用了系统的空间等。
5.本发明的目的是通过以下方案实现的：
6.一种用于光束跟瞄装备的光轴光瞳标校复合光学系统，包括共孔径缩束系统、第一分光镜、光轴探测成像系统和光瞳探测成像系统；所述共孔径缩束系统通过第一分光镜分别与光轴探测成像系统和光瞳探测成像系统光路连接。
7.进一步地，所述光轴探测成像系统透过分光镜成像，所述光瞳探测系统经过分光镜反射成像。
8.进一步地，所述第一分光镜在波段0.44um～1.7um区间为半反半透。
9.进一步地，所述共孔径缩束系统的物镜和目镜采用正负透镜组。
10.进一步地，所述光轴探测成像系统包括光轴成像光学系统和光轴成像探测器。
11.进一步地，所述光瞳探测成像系统包括光瞳成像光学系统和光瞳成像探测器。
12.进一步地，包括第一反射镜，第一反射镜与第一分光镜光路连接，第一反射镜与所述光瞳成像光学系统光路连接。
13.进一步地，所述共孔径缩束系统包括实焦点倒置的伽利略望远系统。
14.进一步地，所述的光轴探测成像系统和光瞳探测成像系统均用于对系统成像视轴、发射视轴和转台机械轴进行成像，其中，光轴探测成像用于光轴的角度标定，光瞳探测成像用于光轴的位置标定。
15.本发明的有益效果包括：
16.本发明实施例的光学系统，光轴探测系统的焦距较长、分辨率高，可提高系统的瞄准精度。
17.本发明实施例利用光轴和光瞳探测的光斑，实时输出脱靶量与控制的快返镜进行闭环，提高系统的稳定性，满足在动平台下、随行下的目标跟踪和瞄准。
18.本发明实施例的光学材料全部采用国产的光学材料，且利用共孔径的优势，降低了产品的成本。
19.本发明实施例系统的结构紧凑，系统简单，合理的分布了系统的空间，满足系统小型化的要求，易于实现。
20.本发明实施例用在光束控制与跟踪瞄准装备中，作为该装备的内光路光轴标校系统。通过该光学系统能够校正主激光、光学视轴和光电转台的机械轴的偏差，保证系统对目标的跟踪精度和瞄准精度。本发明采用共孔径缩束系统的形式，节省了系统的成本，合理的利用了系统的空间。
21.本发明实施例的光学系统，光瞳探测系统的缩束倍率为100倍，具有高的缩束倍率满足系统对主激光、参考绿光和照明光多波段的缩束要求。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明实施例的一个光学系统总图；
24.图2是本发明实施例的光瞳成像点列斑图；
25.图3是本发明实施例的光轴成像点列斑图；
26.图4是本发明实施例的光轴成像mtf曲线图；
27.图5是本发明实施例的光轴、光瞳标校图；
28.图中，101-共孔径缩束系统；102-第一分光镜；103-第一反射镜；104
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光轴成像光学系统；105-光轴成像探测器；106-光瞳成像光学系统；107-光瞳成像探测器；1-激光耦合系统；2-光电转台；3-发射望远镜；4-粗跟踪成像探测系统；5-角锥棱镜；6-激光器；7-第二反射镜；8-第二分光镜；9-发射望远镜主镜；10-发射望远镜次镜；11-参考光；12-第三分光镜。
具体实施方式
29.本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
30.如图1所示，一种用于光束跟瞄装备的光轴光瞳标校复合光学系统，包括共孔径缩束系统101、第一分光镜102、光轴探测成像系统和光瞳探测成像系统；共孔径缩束系统101通过第一分光镜102分别与光轴探测成像系统和光瞳探测成像系统光路连接。
31.在可选的实施方式中，光轴探测成像系统透过分光镜成像，光瞳探测系统经过分光镜反射成像。
32.在可选的实施方式中，第一分光镜102在波段0.44um～1.7um区间为半反半透。
33.在可选的实施方式中，共孔径缩束系统101的物镜和目镜采用正负透镜组。
34.在可选的实施方式中，光轴探测成像系统包括光轴成像光学系统104 和光轴成像探测器105。
35.在可选的实施方式中，光瞳探测成像系统包括光瞳成像光学系统106 和光瞳成像探测器107。
36.在可选的实施方式中，包括第一反射镜103，第一反射镜103与第一分光镜102光路连接，第一反射镜103与光瞳成像光学系统106光路连接。
37.在可选的实施方式中，共孔径缩束系统101包括实焦点倒置的伽利略望远系统。
38.在可选的实施方式中，光轴探测成像系统和光瞳探测成像系统均用于对系统成像视轴、发射视轴和转台机械轴进行成像，其中，光轴探测成像用于光轴的角度标定，光瞳探测成像用于光轴的位置标定。
39.如图1所示，一种用于光束跟瞄装备的光轴光瞳标校复合光学系统，由共孔径缩束系统101、第一分光镜102、第一反射镜103、光轴探测成像系统和光瞳探测成像系统构成，光轴探测成像系统包括光轴成像光学系统 104和光轴成像探测器105，光瞳探测成像系统包括光瞳成像光学系统106 和光瞳成像探测器107。
40.光轴和光瞳标校光学系统的波段为可见光、近红外和短波，由于波段比较长，系统的色差较大，因此在共孔径缩束系统101中物镜和目镜都采用阿贝束像差较大，局部色散系数较小的光学材料来校正系统的色差。如表1物镜采用的材料是h-zpk7和h-zlaf2a，目镜采用的材料是d-zk3l 和d-laf050。
41.光轴和光瞳的成像原理是入射的光经过共孔径缩束系统101后，经过分光镜102，分光镜102镀半反半透的光学介质膜，分别对光瞳相机成和光轴相机成像。光瞳探测系统的缩束倍率为100倍；光轴探测系统焦距 1700mm，f数为17。光轴和光瞳探测器均采用2000
×
2000的焦平面探测器，像元分辨率为5.5um，使用波长覆盖可见光、近红外和短波红外。从图 2可知，光瞳光学系统的光斑点列图大部分都在光学系统的衍射极限艾里斑内。从图3、图4可知，光轴光学系统的光斑点列图都在光学系统的衍射极限艾里斑内。mtf曲线靠近衍射极限。
42.本发明实施例的标校工作过程：如图5所示，参考光11发出后，参考光11通过光电转台2，再通过第二分光镜8上面的相对532nm波段半反半透反射镜反射，透过下面的相对532nm波段半反半透反射镜后，入射到角锥棱镜5，角锥棱镜5将入射的参考光180
°
反射回去，经过第二分光镜8 下面的反射镜后反射到第二反射镜7相对532nm波段全反反射镜，然后进入到光轴和光瞳探测系统成像。旋转光电转台2参考光在光轴和光瞳相机上对动态摆动，通过求解动态光斑的质心，解算出光斑与初始装调标校的光斑中心的偏差值，通过图5中的光电转台2中画的小三角的反射镜(简称“快返镜”)来调整镜子的姿态，使得光学精跟踪光学成像视轴和光电转台的机械轴重合。因此，结构随着温度、振动等环境的影响，只要耦合光轴光瞳相机的闭环点光斑的质心发生变化，其光电转台的快返镜就实时的改变镜子的姿态保证系统成像光轴和光电转台的机械轴重合。然后，再标校发射激光的发射光轴和成像光轴，方法为主激光发射激光，发射的光经过图5中的激光器6快反镜反射后，经过图5中的第二分光镜8下面的反射镜反射，只有一部分透过的光经过图5中的第二反射镜7反射后入射到光轴和光瞳探测系统，主激光点光源在光轴像机上的点与标定后的参考光的点做一个差值，通过调整主激光的快反镜使得主激光与标定后的参考光重合。
43.如图5所示，激光耦合系统1作用就是将发射激光和参考光11的光轴进行标定，并通过耦合将主激光导入到光电跟踪转台。发射望远镜3为系统的发射光路，该发射望远镜3
是离轴发射系统，没有遮拦比，可以将激光全部聚焦到目标上，发射望远镜主镜9和发射望远镜次镜10构成发射望远系统。粗跟踪探测成像系统4包括可见光、近红外探测系统、中波红外探测系统、短波探测系统，作用是捕获目标后，将图像的脱靶量与转台的控制系统形成闭环，使得目标稳定锁定在目标的探测器视场内。参考光11 为532nm的绿光激光器，该激光器是内光路的标校基准，利用参考光11可以在光轴和光瞳探测器上成像。第三分光镜12为参考光和主激光的分光镜，参考光为透射，主激光为反射。
44.表1光瞳光学系统参数
45.序号材料曲率半径/mm厚度/mm1h-zpk793.1625.002
ꢀ‑
238.652.003h-zlaf2a-298.7510.004 251.57196.005d-zk3l119.745.006
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56.292.007d-laf050-40.665.008 56.9226.009 无限0.0010mirror无限0.0011 无限-60.0012 无限0.0013mirror无限0.0014 无限30.0016d-zpk1a无限2.0017 无限15.0018d-zpk725.988.0019
ꢀ‑
40.022.0020h-tf8-31.755.0021 41.0240.0022h-zf1248.025.0023
ꢀ‑
165.7335.0024h-k9l*-21.882.0025 3.752.0026h-zlaf53b-4.192.0027
ꢀ‑
13.5810.00
46.表2光轴光学系统参数
[0047][0048][0049]
本发明实施例由共孔径缩束系统、分光镜、光轴探测成像系统和光瞳探测成像系统构成。参考光通过缩束系统后，经过分光镜，光瞳探测系统和光轴探测系统分别对参考点光源成像。光轴和光瞳探测器则记录下参考点的坐标值，通过调整快反镜的姿态使得光瞳和光轴的点坐标与初始装调的时候一样，使得光学成像视轴和光电跟踪转台的机械轴同轴。主激光通过缩束系统后，经过分光镜，光瞳探测系统和光轴探测系统分别对主激光成像，成像的点与参考光初始标校的偏差值反馈给快反镜，使得发射光轴和成像视轴、光电跟踪转台的机械轴同轴。该光学系统主要用于对光电跟瞄装备的光学视轴、机械轴和发射轴进行标校，该光学系统通过主缩束系统后，经过分光镜，光瞳探测系统经过分光镜反射成像，缩束倍率为100 倍；光轴探测系统透过分光镜成像，焦距1700mm。光轴和光瞳探测器均采用系统采用2000
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2000的焦平面探测器，像元分辨率为5.5um，使用波长覆盖可见光、近红外和短波红外。光轴探测系统透过分光镜成像，焦距 1700mm，入射光瞳为100mm，参考光
可为532nm的绿光。
[0050]
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
[0051]
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
[0052]
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。