一种通用低成本大视场激光导引头光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种通用低成本大视场激光导引头光学系统，由一片非球面透镜组成，非球面透镜材料为ZnS，其凸面是一个球面，曲率半径为20.087mm，凹面是一个偶次非球面，顶点曲率c为1/158.321，圆锥系数k为0.48336，非球面系数A=1.6123E

【技术实现步骤摘要】
一种通用低成本大视场激光导引头光学系统


[0001]本专利技术涉及一种通用低成本大视场激光导引头光学系统，属于光学设计


技术介绍

[0002]二十一世纪以来，精确制导武器在军事打击中发挥着越来越重要的作用，激光制导技术是利用外部激光束照射目标，弹上的激光导引头利用目标漫反射的激光来捕获跟踪目标，是一项导引武器命中目标，且集光、机、电和信息处理于一体的技术，因其命中精度高、抗干扰能力强、使用方便，近年来得到了广泛应用，并发挥了巨大的威力，成为当前行业内研究的重点。
[0003]但是，现有的激光导引头光学系统为了实现大视场，都是采用双高斯结构，透镜数量较多，不仅增加了生产成本，还提高了加工制造和装配难度，不能满足装备科研生产低成本的要求。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种通用低成本大视场激光导引头光学系统，在满足总体指标的要求下，解决激光导引头科研生产低成本的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种通用低成本大视场激光导引头光学系统，整个光学系统由一片非球面透镜组成，非球面透镜材料为ZnS，其凸面是一个球面，曲率半径为20.087mm，凹面是一个偶次非球面，顶点曲率c为1/158.321，圆锥系数k为0.48336，非球面系数A=1.6123E-004，B=-1.362E-006，透镜厚度为7.88mm，透镜到四象限探测器的距离为9mm，为了增加系统透过率，在透镜表面镀制了增透膜。
[0006]进一步地，本专利技术创造性的将窄带滤光膜镀制在了非球面透镜上，不用单独再加装窄带滤光片。
[0007]进一步地，本专利技术光学系统接收到目标漫反射回来的激光后，在四象限探测器上会形成一个大小一定且能量分布均匀的圆斑，根据和差法计算出圆斑重心位置，并将其输出给制导控制系统即可完成制导。
[0008]进一步地，本专利技术光学系统完成的光学指标为：中心波长1064nm，入瞳直径30mm，总视场
±
25
°
，线性视场
±
12.5
°
，光斑大小Φ5mm。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的光学系统结构设计简单，仅由一片非球面透镜实现了激光导引功能，极大的降低了生产成本，同时提高了产品的加工制造和装配性能，可满足大规模快速生产。
[0010]2、在光学系统仅用一片非球面透镜的情况下实现了大视场，且视场达到了
±
25
°
。
[0011]3、设计中考虑了光学系统通用性的问题，可以匹配不同形状的导引头，降低了系列产品科研开发成本，具有较强的应用价值。
[0012]附图说明：
图1是本专利技术光学系统的结构示意图；图2是本专利技术光学系统的畸变图；图3是本专利技术光学系统的点列图；图4是本专利技术光学系统的光线足迹图；图5是本专利技术光学系统的包围圆能量图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。
[0014]如图1所示，一种通用低成本大视场激光导引头光学系统,其整个光学系统仅由一片非球面透镜1组成，从目标漫反射回来的激光经过光学系统后在四象限探测器上形成一个大小一定且能量分布均匀的圆斑，再根据和差法计算出圆斑重心位置，并将其输出给制导控制系统即可完成制导，光学系统结构参数见表1：表1 光学系统结构参数
[0015]本实施例中的非球面透镜材料为ZnS，其凸面是一个球面，曲率半径为20.087mm；凹面是一个偶次非球面，顶点曲率c为1/158.321，圆锥系数k为0.48336，非球面系数A=1.6123E-004，B=-1.362E-006，透镜厚度为7.88mm，透镜到四象限探测器的距离为9mm。为了增加系统透过率，在透镜表面镀制了增透膜。为了实现大视场，采用单片透镜势必会给像差校正带来难度，因此本专利技术光学系统采用了非球面设计，很好的平衡了像差，并且，为了抑制杂散光和其它噪声，在其表面镀制了窄带滤光膜。
[0016]光学系统设计完成后，针对总体指标进行评价，本专利技术达到了如下的光学指标：中心波长1064nm，入瞳直径30mm，总视场
±
25
°
（线性视场
±
12.5
°
），光斑大小Φ5mm。
[0017]图2为光学系统的畸变图，畸变不仅影响不同视场光斑直径稳定性和光斑能量分布稳定性，还直接决定着系统的线性度，是此类光学系统的一个重要的技术指标，本专利技术的光学系统优化设计后，线性半视场12.5
°
内的畸变可控制在0.1%以内。
[0018]图3为光学系统的点列图，点列图可以反映不同视场的光斑大小及能量分布，对分析光斑分布均匀性有一定指导意义，图3分别给出了线性视场内 0
°
、1
°
、4
°
、7.5
°
、9.5
°
、12.5
°
视场的光斑点列图。从图中可以看出，0
°
、1
°
、4
°
、7.5
°
、9.5
°
、12.5
°
视场光斑直径大小（GEO尺寸）分别为4.950mm、4.967mm、5.011mm、5.040mm、5.042mm、5.021mm，最大偏差量小于2% ，且光线分布比较均匀。
[0019]图4为光学系统光线足迹图，光线足迹图主要为了显示视场内光斑在探测器光敏面上的位置，可以直观地得到不同视角下光斑和四象限探测器中心的相对位置，视角为 12.5
°
时，光斑边缘与四象限探测器光敏面边缘接近但未超出，且完整覆盖四个象限；视角为 25
°
时，光斑中心接近四象限探测器光敏面边缘，且光斑覆盖面积超过50%。
[0020]图5为光学系统包围圆能量图，能量集中度曲线表示光斑能量随光斑直径的分布情况，图中给出了视场 0
°
～12.5
°
的能量集中度曲线。由图可知，能量与光斑直径近似成抛
物线关系，能量分布较均匀，其中12.5
°
线性视场内光斑能量分布稳定性优于2%。
[0021]本专利技术光学系统设计时紧紧围绕解决激光导引头低成本的问题，为了解决上述问题，本专利技术从两方面进行考虑，其一是简化光学系统结构，通过采用单片非球面透镜，降低了生产成本，同时也提高了系统的加工制造和装配性能；其二是设计时考虑了光学系统通用性的问题，即可以匹配不同形状的导引头，降低了系列产品的科研开发成本。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通用低成本大视场激光导引头光学系统，其特征在于，整个光学系统由一片非球面透镜组成，非球面透镜材料为ZnS，其凸面是一个球面，曲率半径为20.087mm，凹面是一个偶次非球面，顶点曲率c为1/158.321，圆锥系数k为0.48336，非球面系数A=1.6123E-004，B=-1.362E-006，透镜厚度为7.88mm，透镜到四象限探测器的距离为9mm，在透镜表面镀制了增透膜和窄带滤光膜。2.如权利要求1所述的一种通用低成本大视场激光导引头光学系统，其特征在于，所述光学系...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙攀，卢鑫，陈静，周波，李显彦，胡军，李路，蔡俊杰，王建梅，
申请(专利权)人：湖南华南光电集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：