一种提高瞄准设备对偏目标棱镜适应性的光学系统的制作方法

本发明涉及自动准直控制
技术领域：
，尤其是一种提高瞄准设备对偏目标棱镜适应性的光学系统。
背景技术：
：瞄准光学系统主要运用于战略武器瞄准系统，其中光电瞄准仪是地面瞄准设备中的重要设备之一，主要功能是完成对弹上平台棱镜的闭环准直控制，为弹上平台建立方位基准，闭环准直控制是一种自动控制系统，包括功率放大和反馈系统，使输出变量的值响应输入变量的值，数控装置发出指令脉冲后，当指令值送到位置比较电路时，此时若弹上平台目标棱镜没有移动，即没有位置反馈信号，当目标棱镜发生晃动时，位置信号反馈，伺服驱动电动机根据指令转动，经过齿轮、滚珠丝杠螺母副等传动元件带动弹上平台移动，装在弹上平台上的目标棱镜配合测出弹上平台的实际位移量后，反馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行控制，若两者存在差值，经放大器后放大，再控制伺服驱动电动机转动，直至差值为零。随着现代战略武器机动化性能的要求提高，发射车与弹的连接方式发生变化，在大风环境条件下，弹上目标棱镜会发生晃动，因此光电瞄准仪在对准目标棱镜赋予弹初始大地方位角的瞄准过程中，一方面光电瞄准仪需要具有更好的瞄准适应能力，准直控制弹上目标棱镜的方位，另一方面又不降低设备原有的准直测量精度。由于以往型号光电瞄准仪瞄准弹上目标棱镜都为居中对准状态进行光电准直测量，因此对光电瞄准仪系统发光系统的光源功率仅要求稳定性，但是当光电瞄准仪将大地初始方位角传递给弹上目标棱镜时，弹上目标棱镜随大风环境出现上下、左右一定范围内的摆动，由于系统出射光斑在目标棱镜上位置发生变化，造成回光能量发生变化，这对于光电瞄准仪采用对能量敏感、数据处理又采用能量重心法计算的接收器件CCD摄像机而言，就会造成准直零位出现偏差、准直测量精度降低。技术实现要素：本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种提高瞄准设备对偏目标棱镜适应性的光学系统，可以实现当弹上目标棱镜相对光电瞄准发光系统出射光斑上、下偏移±25mm，左、右偏移±30mm条件下，光电瞄准仪准直控制功能正常，准直零位偏差不大于10″，准直测量精度满足15″要求。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高瞄准设备对偏目标棱镜适应性的光学系统，主要瞄准光机设备为光电瞄准仪，主要涉及光电瞄准仪的光学系统，包括望远系统、发光系统、分光棱镜和横轴，其中望远系统和发光系统相互垂直且与横轴共同随动，望远系统和发光系统共用分光棱镜，发光系统内设有光束整形透镜组和分划板，光源经过光束整形透镜组整形后聚焦到分划板上，然后经分光棱镜由望远系统入射到目标棱镜上，其中，所述光束整形透镜组包括在发光系统内沿出射光路顺次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜为双凹透镜，且具有曲率半径设置不同的第一曲面和第二曲面，所述第二透镜为正透镜，且具有曲率半径设置不同的第三曲面、第四曲面和第五曲面，所述第三透镜为正透镜，且具有曲率半径设置不同的第六曲面、第七曲面和第八曲面。本发明所述第一透镜的材料为H-ZFZ，第一曲面的曲率半径为-5.855mm、厚度为1.38mm、有效半光口径为0.188mm，第二曲面的曲率半径为5.855mm、厚度为10mm、有效半光口径为0.208mm。本发明所述第二透镜的材料为H-ZFZ，第三曲面的曲率半径为16.634mm、厚度为1mm、有效半光口径为0.754mm，第四曲面的曲率半径为5.808mm、厚度为1mm、有效半光口径为0.769mm，第五曲面的曲率半径为-13.092mm、厚度为10mm、有效半光口径为0.810mm。本发明所述第三透镜的材料为H-K9L，第六曲面的曲率半径为7.7mm、厚度为2mm、有效半光口径为0.812mm，第七曲面的曲率半径为-4.251mm、厚度为1mm、有效半光口径为0.746mm，第八曲面的曲率半径为-10.46mm、厚度为9.8mm、有效半光口径为0.73mm。本发明所述发光系统借助横轴安装到光电瞄准仪上，所述发光轴统的第一透镜和第二透镜装配成组合构件，所述第三透镜和分划板装配成组合构件，两个组合构件端面对接，同时第三透镜和分划板的组合构件与所述横轴端面固定连接。本发明的提高瞄准设备对偏目标棱镜适应性的光学系统有益效果是：本发明的提高瞄准设备对偏目标棱镜适应性的光学系统是通过对半导体激光光源整形和随动机构的优化设计，实现当目标棱镜相对发光系统出射光斑上下偏移±25mm，左右偏移±30mm条件下，准直零位偏差不大于10″，准直测量精度满足15″要求。附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的光束整形透镜组结构示意图；图2是本发明的光电瞄准仪的发光系统示意图；图3是本发明的光电瞄准仪的随动机构结构示意图。图中：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、分划板4、横轴5、分光棱镜6、发光系统7、望远系统8。具体实施方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。如图1-3所示，本实施例是一种提高瞄准设备对偏目标棱镜适应性的光学系统，瞄准光机设备为光电瞄准仪，主要涉及光电瞄准仪的光学系统：望远系统8、发光系统7、分光棱镜6和横轴5。由于光电瞄准仪的光学系统中存在若干如同分光棱镜6的分光零件，其分光膜都具有偏振特性，当具有偏振特性的半导体激光光源经发光系统7入射到分光棱镜6的分光面时，若入射光角度发生变化时，光束由发光系统7经望远系统8出射后光能量就会发生变化，从光学系统设计的角度出发，应确保光电瞄准仪高低对准平台目标棱镜的不同使用状态下，系统出光能量的一致性。因此，本实施例提供一种随动机构，具体地，发光系统7和望远系统8相互垂直设置且共同随动，发光系统7借助横轴5安装到光电瞄准仪上，望远系统8和发光系统7共用分光棱镜6，发光系统7内设有光束整形透镜组和分划板4，光源经过光束整形透镜组整形后聚焦到分划板4上，然后经分光棱镜6由望远系统8入射到目标棱镜上，其中，光束整形透镜组包括在发光系统7内沿出射光路顺次设置的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3，将发光系统7的第一透镜1和第二透镜2装配成组合构件，将第三透镜3和分划板4装配成组合构件，两个组合构件端面对接，同时第三透镜3和分划板4的组合构件与横轴5的端面固定连接，从而望远系统8与发光系统7随动。本实施例中光源在经过光束整形透镜组入射到分划板4的过程中，光束整形透镜组可以对光束整形以提高光学系统的能量利用率，在确保光电瞄准仪准直测量的光能量足够条件下，提高系统出光均匀性，以及准直测量的精度。具体地，光束整形透镜组的第一透镜1为双凹透镜，且具有曲率半径设置不同的第一曲面和第二曲面，第二透镜2为正透镜，且具有曲率半径设置不同的第三曲面、第四曲面和第五曲面，第三透镜3为正透镜，且具有曲率半径设置不同的第六曲面、第七曲面和第八曲面，第一曲面至第八曲面沿出射光路顺次设置。光电瞄准仪采用半导体激光光源，在考虑目前光源使用功率足够强的前提下，通过利用光源自身出光均匀性较好的中心部分作为使用光源，首先利用第一透镜1将中心部分光线进行光学放大，再通过第二透镜2将局部放大的光线进行平行收敛，最后通过第三透镜3以平行光束聚焦到分划板4上，成为提供光电瞄准仪系统出光的点光源，第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3可以优化光学系统像差，有效减小球差，提高准直度。本实施例提供一种光束整形透镜组的具体实施例，第一透镜1的材料为H-ZFZ，第一曲面的曲率半径为-5.855mm、厚度为1.38mm、有效半光口径为0.188mm，第二曲面的曲率半径为5.855mm、厚度为10mm、有效半光口径为0.208mm。第二透镜1的材料为H-ZFZ，第三曲面的曲率半径为16.634mm、厚度为1mm、有效半光口径为0.754mm，第四曲面的曲率半径为5.808mm、厚度为1mm、有效半光口径为0.769mm，第五曲面的曲率半径为-13.092mm、厚度为10mm、有效半光口径为0.810mm。第三透镜1的材料为H-K9L，第六曲面的曲率半径为7.7mm、厚度为2mm、有效半光口径为0.812mm，第七曲面的曲率半径为-4.251mm、厚度为1mm、有效半光口径为0.746mm，第八曲面的曲率半径为-10.46mm、厚度为9.8mm、有效半光口径为0.73mm，具体参数见表1。表1如表2-3所示，表2显示光束整形前系统光束渐晕系数VCX、VCY均为零，显示光学系统光能量利用率为100％，表3显示光束整形后系统光束渐晕系数VCX、VCY约为0.65，显示光学系统光能量利用率为65％，对比说明光束整形后系统光能量利用率明显提高。表2表3如表4-5所示，表4显示光束整形前系统准直测量精度(极值误差)为7.8″；表5显示光束整形后系统准直测量精度(极值误差)为4.9″，测量精度有明显提高。表4表5如表6-7所示，表6为光束整形前光电瞄准仪对偏目标平台棱镜下准直零位偏差最大绝对值为19"；表7为光束整形后光电瞄准仪对偏目标平台棱镜下准直零位偏差最大绝对值为9"，测量精度明显提高。相对目标偏移工况上偏25mm下偏25mm左偏30mm右偏30mm准直零位偏差(″)6-3-1119表6相对目标偏移工况上偏25mm下偏25mm左偏30mm右偏30mm准直零位偏差(")-5139表7如表8-9所示，当光电瞄准仪对偏目标棱镜工况下，实现光电瞄准仪对目标的准直控制功能，表8为光束整形前光电瞄准仪对目标的准直控制结果，准直控制功能有失效情况；表9为光束整形后光电瞄准仪对目标的准直控制结果，准直控制功能全部正常。相对目标偏移工况上偏25mm下偏25mm左偏30mm布偏30mm准直控制功能失控正常失控失控表8相对目标偏移工况上偏25mm下偏25mm左偏30mm右偏30mm准直控制功能正常正常正常正常表9由表2-9可知，本实施例的提高瞄准设备对偏目标棱镜适应性的光学系统通过对半导体激光光源整形和随动机构的优化设计，实现当目标棱镜相对发光系统出射光斑上下偏移±25mm，左右偏移±30mm条件下，准直零位偏差不大于10"，准直测量精度满足15"要求。本实施例中的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3的光学镜头的设计方法如下：a.通过对半导体激光光源中心光线扩束比例，有效控制发光系统能量利用率，确保光电瞄准仪准直测量的光能量足够；b.通过Zemax软件的“REAY”函数控制光束的实际高度与理想高度尽量一致，再利用Zemax软件自动优化，设计出第二透镜2和第三透镜3的优质准直光路；c.整体设计第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3的光学系统像差，有效减小球差，提高准直度。本实施例中的radius代表镜头曲率半径、thickness代表介质厚度、glass代表玻璃材质、semi-diameter代表有效半光口径，VCX、VCY分别代表X、Y光线渐晕系数。上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。当前第1页1 2 3