專(zhuān)利名稱(chēng)：：折射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種用于動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器的折射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：火控動(dòng)態(tài)性能模擬測(cè)試系統(tǒng)可用于在室內(nèi)模擬測(cè)試直升機(jī)武器火控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)。動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器是火控動(dòng)態(tài)性能模擬測(cè)試系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，主要為測(cè)試搜索瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的跟蹤精度提供坦克、裝甲車(chē)輛、水面艦船、直升機(jī)等多種典型的軍事目標(biāo)以及天空、云、大地、海洋、沙漠等模擬場(chǎng)景。準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器的主要光學(xué)部件，它將投影儀產(chǎn)生的圖像以平行光投射出去，為搜索瞄準(zhǔn)系統(tǒng)跟蹤精度測(cè)試提供來(lái)自無(wú)窮遠(yuǎn)的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。作為無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo)模擬器的一種，平行光管的光學(xué)原理與動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器相同。為了滿(mǎn)足搜索瞄準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)試與評(píng)估的要求，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)需要有較大視場(chǎng)，并且要保證動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器的工作距離。而現(xiàn)有的準(zhǔn)直物鏡，如公開(kāi)號(hào)為CN2398611Y的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)的一種平行光管物鏡，采用了球面反射鏡加放大鏡組的折反式結(jié)構(gòu)，其物鏡孔徑①630mm，焦距19800m，光管筒長(zhǎng)7980m。這類(lèi)系統(tǒng)在光路中常使用一個(gè)次反射鏡折轉(zhuǎn)光路，當(dāng)光束從主反射鏡反射回來(lái)時(shí)，次反射鏡會(huì)遮擋光束中心，減小有效通光面積，降低系統(tǒng)的中心亮度，從而影響系統(tǒng)的靈敏度，而且主反射鏡安裝調(diào)校、防止雜光和保持穩(wěn)定性也比較困難。其次，若作為室內(nèi)測(cè)試使用的動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器，該物鏡的焦距、鏡筒顯得過(guò)長(zhǎng)且該專(zhuān)利也未給出物鏡所能達(dá)到的視場(chǎng)，而動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器必須有較大的視場(chǎng)才能保證搜索瞄準(zhǔn)系統(tǒng)連續(xù)跟蹤的時(shí)間，才能對(duì)跟蹤精度和跟蹤范圍進(jìn)行精確的測(cè)試和評(píng)估。中國(guó)期刊《光學(xué)儀器》在2007年6月出版的第29巻第3期3540頁(yè)刊登了吉小輝、孫后環(huán)發(fā)表的題為"大視場(chǎng)平行光管的研發(fā)與設(shè)計(jì)"的論文。文中介紹了一種大視場(chǎng)平行光管，該平行光管物鏡是由四片分離式物鏡組成的折射式結(jié)構(gòu)，其焦距為322.6mm，視場(chǎng)可達(dá)30°，光闌位于第一透鏡的第一面，通光孔徑為①100mm。由此參數(shù)計(jì)算得到邊緣光線(xiàn)的出射距離為186.6mm，不能保證模擬器對(duì)工作距離的要求。美國(guó)專(zhuān)利USP5386312公開(kāi)了一種折射式準(zhǔn)直物鏡，該折射式準(zhǔn)直物鏡是由兩組具有正光焦度的透鏡組及一個(gè)雙膠合透鏡組成的遠(yuǎn)心系統(tǒng)，即光闌位于透鏡組的物方焦平面。該遠(yuǎn)心系統(tǒng)的焦距僅為12.7mm，視場(chǎng)為18°，最大透鏡的孔徑為①14.48mm。此系統(tǒng)視場(chǎng)和光闌的位置不能滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器對(duì)視場(chǎng)及工作距離的要求。動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器采用投影儀輸出的高亮度動(dòng)態(tài)圖像作為光源，而以上描述的平行光管采用發(fā)光二極管或發(fā)光二極管陣列作為光源，其物鏡均存在不能與投影儀配合使用的問(wèn)題，因?yàn)橥队皟x鏡頭和平行光管物鏡光瞳很難匹配，這樣會(huì)限制動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的視場(chǎng)范圍和能量，造成圖像的丟失。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種較大視場(chǎng)的折射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)孔徑光闌的孔徑能夠滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器工作距離的要求，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)能夠滿(mǎn)足被測(cè)搜索瞄準(zhǔn)系統(tǒng)連續(xù)跟蹤的需要。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)包括孔徑光闌、投影屏以及均具有正光焦度的前鏡組和后鏡組，所述前鏡組、后鏡組和投影屏沿光路追跡方向依次排列且投影屏位于光路追跡的像平面上，所述前鏡組由四片分離透鏡組成，第一透鏡是平凸正透鏡，第二透鏡是凹面朝向物面一側(cè)的彎月負(fù)透鏡，第三透鏡是雙凹負(fù)透鏡，第四透鏡是雙凸正透鏡；所述后鏡組由兩片分離透鏡組成，第五透鏡為凹面朝向物面一側(cè)的彎月正透鏡，第六透鏡為凹面朝向物面一側(cè)的彎月負(fù)透鏡；所述孔徑光闌置于所述第一透鏡的前表面上。根據(jù)本發(fā)明，所述第一透鏡選擇重冕玻璃ZK9或ZKIO，所述第二透鏡選擇重火石玻璃ZF4或ZF5，所述第三透鏡選擇冕玻璃K9或KIO，所述第四透鏡和所述第五透鏡選擇鋇冕玻璃BaK6或BaK7，所述第六透鏡選擇重火石玻璃ZF2或ZF1。根據(jù)本發(fā)明，投影屏為平板式漫反射屏，其長(zhǎng)寬方向的一個(gè)表面處理成顆粒度為20iim的漫反射面。本發(fā)明準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)孔徑D/f=1:8.3，視場(chǎng)角2"=24°。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(—)本發(fā)明的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)采用了折射式結(jié)構(gòu)型式，因而可以避免折反式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)中次反射鏡遮擋光束中心的問(wèn)題，從而保證了本發(fā)明準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的中心亮度。(二)由于本發(fā)明采用了匹茲萬(wàn)物鏡的結(jié)構(gòu)型式，因此帶球差很小，能夠滿(mǎn)足視場(chǎng)24°，相對(duì)孔徑l:8.3且孔徑光闌位于第一透鏡前表面上的指標(biāo)要求，從而保證了模擬器評(píng)估對(duì)象所需要的視場(chǎng)。(三)與傳統(tǒng)的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)相比，本發(fā)明增設(shè)了投影屏，使用時(shí)，將動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器生成的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景圖像首先投射到投影屏的光面上，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)再將投影屏漫反射面上的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景圖像準(zhǔn)直成平行光而投射到動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器的相應(yīng)工作位置上。這樣投影屏就將動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器的投影鏡頭和準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)劃分成兩個(gè)各自獨(dú)立的光學(xué)系統(tǒng)，從而解決了投影鏡頭和準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)之間光瞳不匹配而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器視場(chǎng)受到限制的問(wèn)題。圖1是半視場(chǎng)角、孔徑光闌以及邊緣光束入射距離的關(guān)系示意圖。圖2是本發(fā)明折射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及光路示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例是針對(duì)視場(chǎng)為24°，像面對(duì)角線(xiàn)尺寸為1275.31mm并且縱橫比為1:2.67，工作距離(邊緣光束出射距離)在300mm845mm的目標(biāo)模擬器而提供的折射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)。如圖l所示，如果把孔徑光闌置于準(zhǔn)直物鏡第一透鏡的前表面，按光路追跡方向，該準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的半視場(chǎng)角、孔徑光闌的大小與邊緣光束入射距離符合如下正切關(guān)系式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中，"表示準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的半視場(chǎng)角，D為孔徑光闌的直徑，L為邊緣光束入射距離(模擬器工作時(shí)的光路與光路追跡的方向相反，光學(xué)系統(tǒng)光束的入射距離即為出射距離)。為了兼顧像面的照度，按最大工作距離845mm可計(jì)算得到孔徑光闌的直徑D=。359.2mm，取整數(shù)后為①360mm。根據(jù)視場(chǎng)、像面和焦距的關(guān)系得到該準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的焦距為2999.93mm。由此，也可獲得該準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)孔徑為1:8.3。雖然折射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式有多種，但是要在視場(chǎng)24。，相對(duì)孔徑1:8.3且孔徑光闌位于第一透鏡前表面的前提下，設(shè)計(jì)像質(zhì)滿(mǎn)足使用要求的準(zhǔn)直系統(tǒng)就必須合理地選擇光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式。為此，本發(fā)明的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)選擇了匹茲萬(wàn)物鏡的結(jié)構(gòu)型式，即由彼此分開(kāi)的兩個(gè)正光焦度鏡組構(gòu)成，孔徑光闌可以置于前鏡組第一透鏡的前表面，且最基本的結(jié)構(gòu)型式是前鏡組和后鏡組均為雙膠合物鏡。由于匹茲萬(wàn)物鏡的前鏡組和后鏡組均為正光焦度，會(huì)使物鏡的場(chǎng)曲較大；另外，膠合物鏡會(huì)在膠合面上產(chǎn)生較大的正高級(jí)球差，再加上物鏡孔徑過(guò)大，不易于膠合。鑒于上述原因，本發(fā)明對(duì)匹茲萬(wàn)物鏡的基本結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了演變，即前鏡組和后鏡組均采用分離式物鏡，這樣，可使本發(fā)明在更大范圍內(nèi)選擇玻璃來(lái)校正像差，而且透鏡間的間隙也可減小帶球差，從而實(shí)現(xiàn)在校正場(chǎng)曲的同時(shí)，校正球差、色差和正弦差的目的，同時(shí)，與膠合透鏡相比，單個(gè)透鏡的加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。此外，為了得到更好的像質(zhì)，本發(fā)明還增加了前鏡組的透鏡片數(shù)。如圖2所示，本優(yōu)選實(shí)施例包括孔徑光闌S、前鏡組1、后鏡組II和投影屏7，前鏡組1、后鏡組II和投影屏7沿光路追跡方向依次排列且投影屏7位于光路追跡的像平面上。前鏡組I為正光焦度且由四片分離透鏡14組成，其中第一透鏡1是平凸正透鏡，第二透鏡2是凹面朝向物面一側(cè)的彎月負(fù)透鏡，第三透鏡3是雙凹負(fù)透鏡，第四透鏡4是雙凸正透鏡。后鏡組II也為正光焦度且由兩片分離透鏡5、6組成，其中第五透鏡5為凹面朝向物面一側(cè)的彎月正透鏡，第六透鏡6為凹面朝向物面一側(cè)的彎月負(fù)透鏡。第一透鏡1選擇較高折射率，低色散系數(shù)，高透過(guò)率的重冕玻璃ZK9或ZK10;第二透鏡2選擇較高折射率，高色散系數(shù)，高透過(guò)率的重火石玻璃ZF4或ZF5;第三透鏡3選擇低折射率，低色散系數(shù)，高透過(guò)率的冕玻璃K9或K10;第四透鏡4和第五透鏡5選擇低折射率，低色散系數(shù)，高透過(guò)率的鋇冕玻璃BaK6或BaK7;第六透鏡6選擇較高折射率，高色散系數(shù)，高透過(guò)率的重火石玻璃ZF2或ZF1?？讖焦怅@S置于第一透鏡1的前表面1上且和前表面1的通光孔徑相同。投影屏7為有機(jī)玻璃材料制作的平板式漫反射屏，其尺寸為1400mmX650mmX51mm，且長(zhǎng)寬方向的一個(gè)表面處理成顆粒度為20iim的漫反射面。應(yīng)用時(shí)，將動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器生成的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景圖像清晰地投射到投影屏7長(zhǎng)寬方向的另一個(gè)表面上，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)再將投影屏漫反射面上的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景圖像準(zhǔn)直成平行光而投射到動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器的相應(yīng)工作位置上。本優(yōu)選實(shí)施例準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的具體參數(shù)見(jiàn)表1和表2。表1光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)表單位(mm)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>在本優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)光路追跡的結(jié)果，在最大工作距離時(shí)第六透鏡6后表面12的通光孔徑為。615.6mm，這對(duì)光學(xué)加工來(lái)講，有很大的難度，導(dǎo)致成本很高。為此，本實(shí)施例在相對(duì)孔徑不變的情況下，通過(guò)減小后面幾片透鏡的孑L徑來(lái)降低光學(xué)零件的加工難度，以降低本發(fā)明的成本，如將第六透鏡6后表面12的通光孔徑由。615.6mm縮小至①504nm。這樣做，雖然軸外光線(xiàn)的一部分被攔掉，導(dǎo)致準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生漸暈，但由于漸暈系數(shù)在0.7"(±8.4°)視場(chǎng)和1.0"(±12°)視場(chǎng)分別只有O.09%和28%，因而，此漸暈不但不會(huì)影響準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的使用，而且還改善了軸外點(diǎn)的成像質(zhì)量。由于存在漸暈，1.0"視場(chǎng)時(shí)第一透鏡1前表面的光束L徑也相應(yīng)縮小了，致使光束出射距離減小至380.5mm，而此距離在動(dòng)態(tài)模擬器的工作距離范圍內(nèi)。權(quán)利要求一種折射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，包括孔徑光闌[S]以及均具有正光焦度的前鏡組[I]和后鏡組[II]，其特征在于還包括投影屏[7]，所述前鏡組[I]、后鏡組[II]和投影屏[7]沿光路追跡方向依次排列且投影屏[7]位于光路追跡的像平面上，所述前鏡組[I]由四片分離透鏡[1～4]組成，其中第一透鏡[1]是平凸正透鏡，第二透鏡[2]是凹面朝向物面一側(cè)的彎月負(fù)透鏡，第三透鏡[3]是雙凹負(fù)透鏡，第四透鏡[4]是雙凸正透鏡；所述后鏡組[II]由兩片分離透鏡[5]、[6]組成，其中第五透鏡[5]為凹面朝向物面一側(cè)的彎月正透鏡，第六透鏡[6]為凹面朝向物面一側(cè)的彎月負(fù)透鏡；所述孔徑光闌[S]置于所述第一透鏡[1]的前表面上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡[1]選擇重冕玻璃ZK9或ZKIO，所述第二透鏡[2]選擇重火石玻璃ZF4或ZF5，所述第三透鏡[3]選擇冕玻璃K9或K10，所述第四透鏡[4]和所述第五透鏡[5]選擇鋇冕玻璃BaK6或BaK7，所述第六透鏡[6]選擇重火石玻璃ZF2或ZF1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述投影屏[7]為平板式漫反射屏，其長(zhǎng)寬方向的一個(gè)表面處理成顆粒度為20iim的漫反射面。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的折射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于相對(duì)孔徑D/f=1:8.3，視場(chǎng)角2"=24°。全文摘要本發(fā)明提供一種折射式準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，可用于動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器。該準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)包括孔徑光闌、前鏡組、后鏡組和投影屏且沿光路追跡方向依次排列；前鏡組由四片分離式透鏡組成，后鏡組由兩片分離式透鏡組成，投影屏為平板式漫反射屏，孔徑光闌置于第一片透鏡的前表面上。使用時(shí)，投影屏接收來(lái)自模擬器投影儀投射出的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景圖像，并依次通過(guò)后鏡組和前鏡組將該圖像準(zhǔn)直成平行光束投射到模擬器的工作位置處。本發(fā)明的相對(duì)孔徑為1∶8.3，孔徑光闌的孔徑達(dá)到Φ360mm，滿(mǎn)足了動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器的工作距離要求，24°的較大視場(chǎng)滿(mǎn)足了被測(cè)搜索瞄準(zhǔn)系統(tǒng)連續(xù)跟蹤的需要，像面處的投影屏解決了動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬器視場(chǎng)受到限制的問(wèn)題。文檔編號(hào)G02B13/18GK101770081SQ20091025459公開(kāi)日2010年7月7日申請(qǐng)日期2009年12月30日優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日發(fā)明者李俊娜,王軍,解俊虎,鄭雅衛(wèi),高教波申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)第二〇五研究所