一种用于减弱猫眼效应的光学结构的制作方法

本发明属于光学设备技术领域，具体涉及一种用于减弱猫眼效应的设计方法。

背景技术：

随着时代和技术的发展，各类高性能的光学设备被不断的研发和应用到侦察、搜索、测量、捕获、跟踪、预警和通信等军事领域中。目前军事上常用的光学系统包括光电侦察系统、光学跟踪系统、光学搜索系统、光学制导系统、光学火控系统以及光学测距系统等。这些光学探测技术在军事上的应用，使得如何隐藏自身设备并探测发现敌方隐藏的光学武器设备成为军事对抗领域的重点。这种侦察、反侦察，隐身、反隐身，此消彼长、攻防对抗的特点也促使该研究领域吸引着大量的关注，并推进着相关技术不断更新，以及技术的应用领域不断拓广。

在侦察和搜索敌方光学设备时，前苏联、美国、法国的科研人员提出激光武器可利用光学设备的猫眼效应原理，搜索敌方目标的光学设备及光电传感器,确定其位置，并实施准确攻击。光学设备有一个可以利用的特性就是其光学窗口对入射光具有很强的按原光路反射的特性,通常比漫反射目标的回波强度高2～4个数量级，这种特性俗称“猫眼”效应。激光主动探测技术就是利用这个特性，对敌方光学设备进行有效地打击。利用猫眼效应的激光武器发展迅速，严重威胁到各类光学设备的生存空间，但是如何做到“猫眼隐身”，即激光武器无法利用猫眼效应对光学设备进行探测，光学设备无强激光回波，或者衰减到和背景一样，这类技术发展缓慢，目前的反猫眼探测主要有以下几种方式：利用磁致旋光晶体的法拉第效应，通过偏振消光原理减少猫眼效应的激光回波。采用离焦的方式来减小猫眼目标的回波功率，实现光电设备隐身。利用圆孔阵列的光强调制作用降低光电装备的猫眼效应。然而上述方法普遍存在会降低系统像质，减少系统接受的能量的问题。

技术实现要素：

本发明是在不降低光学系统成像质量、接收能量，且不增加额外辅助装置的前提下，提出一种用于减弱猫眼效应的光学系统的设计方法，使激光主动探测设备无法利用我方光学设备的猫眼效应来进行探测，从而实现了猫眼系统的有效隐身。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于减弱猫眼效应的光学结构，光学系统的光敏面相对光学系统的光轴倾斜，光学系统的镜筒内壁涂覆光学吸收涂层。

进一步的，包括镜筒，在所述镜筒内、沿光轴依次设置双凸正透镜l1、双凹负透镜l2、第一双弯月负透镜l3、第二双弯月负透镜l4、双弯月正透镜l5和光敏面；所述光敏面倾斜的设置在镜筒内，所述镜筒内壁上涂覆光学吸收涂层。

进一步的，所述光敏面倾斜的设置在镜筒内，其与光轴的夹角为90-4.5°。

进一步的，所述双凸正透镜l1朝向光敏面加有非球面，双弯月正透镜l5朝向物面的面加有自由曲面。

进一步的，所述的双凸正透镜l1由h-bak4制成，双凹负透镜l2由fd4制成，第一双弯月负透镜l3由zbaf1制成，第二双弯月负透镜l4由h-lak3制成，双弯月正透镜l5由pmma制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用光敏面倾斜的光学系统，与一般的光敏面不倾斜的光学系统相比，光敏面倾斜的光学系统激光回波能够明显减弱，激光回波能量相对于光敏面不倾斜的光学系统能够减弱50%以上，实现猫眼隐身的效果。本发明为反猫眼探测技术开创了一个先河，系统能够实现既能探测到敌方光学设备，又保证我方光学设备不会被探测。

2.本发明通过在双弯月正透镜l5引入自由曲面，能够很好地校正由于光敏面倾斜引起的y轴上正/负视场不对称带来的像差问题。

附图说明

图1是普通光学结构猫眼效应的原理图；

图2是本发明光学结构消除猫眼效应的原理图；

图3为本发明实施例的结构示意图；

图4为本发明实施例透镜及透镜面的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

参见图1，由激光回波理论可知，发射激光束参数对回波功率的影响主要表现为随着发射激光发散角的增大，猫眼目标的回波功率逐渐降低，这是因为发射激光远场的能量特性主要是由发散角决定的，发散角增大引起单位面积的远场能量减小，猫眼目标有效接收孔径有限，回波功率产生衰减。同时可以看出，回波功率与激光回波发散角成反比。因此，可以利用增大激光回波的发散角，从而减弱激光探测设备从猫眼目标探测的回波功率，从而实现隐身。

具有“猫眼效应”的普通光学设备，入射的探测激光大部分激光回波经倾斜的光敏面反射到镜筒壁，被镜筒壁吸收，另一部分激光回波从光学设备出射，在传播一定距离后将偏离出探测设备的范围，由此实现了光学设备反激光探测的目的。

图2中，对比普通光学系统和像面倾斜的光学系统，可以看出，对于平行光光束ab,入射到普通光学系统光敏面反射后，仍然能够平行出射，但入射到倾斜像面的光学系统后被倾斜像面反射，出射光不再是平行光，部分反射光被反射到镜筒壁，被镜筒壁吸收，从而减少回波，对于光线cd，倾斜的像面也能够将其反射到镜筒壁上，所以像面倾斜的光学系统，能够有效地减弱激光回波。

本发明的基本思路是，通过光敏面倾斜设置在光学结构的镜筒内将激光回波反射到镜筒壁，通过镜筒壁设置的光学吸收涂层，减弱光学系统的猫眼效应。

由于光敏面的倾斜会产生的非对称的像差，本发明通过在双弯月正透镜l5设置xy多项式自由曲面进行校正。

下面通过一个具体的实施例对本发明进行具体的说明，以下的一个光学结构示例并不作为对本发明的保护范围的具体限制，即，本领域的技术人员在上述思路的基础上做出的具体的光学结构的调整设置，均包含在本发明的保护范围之中。

实施例：

参见图3，本实施例由沿光轴从左到右依次设置的的双凸正透镜l1，双凹负透镜l2，第一双弯月负透镜l3，第二双弯月负透镜l4、双弯月正透镜l5和光敏面。所述双凸正透镜l1朝向像面加有非球面，双弯月正透镜l5朝向物面的面加有自由曲面。具体的，双凸正透镜l1由h-bak4制成，双凹负透镜l2由fd4制成，第一双弯月负透镜l3由zbaf1制成，第二双弯月负透镜l4由h-lak3制成，双弯月正透镜l5由pmma制成。

本实施例例举的一个光学结构的具体参数如图4和下表1所示：

表1用于减弱猫眼效应的光敏面倾斜的光学系统结构参数

本发明光学结构在去猫眼效的应可行性论证过程如下：

用于光敏面倾斜的反猫眼侦察系统是将激光回波反射到光学设备的镜筒壁上，镜筒壁涂有吸收率较大的涂层，从而使反射到镜筒壁的光线被吸收，无法从系统出射，减少回波能量，从而减小被探测到的概率。

同时，本系统采用像面倾斜的设计方式，这也是一种离焦的方式，在不牺牲成像质量的前提下，能够有效地减少激光回波，实现激光主动探测黑体化的目的。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。