[發明專利]含反射式空間光調制器的大視場掃描紅外光學系統

無效

• 申請號: 201110150300.4
• 申請日: 2011-06-07
• 公開（公告）號: CN102262297A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 常軍;彭晴晴;宋大林;曹嬌
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B27/10;G01J5/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光學儀器技術領域，涉及一種含反射式空間光調制器的大視場掃描紅外光學系統，特別適用于大掃描視場紅外焦平面成像。

背景技術

紅外成像技術在現代偵察、救援中的作用日益突出。導引頭的旋轉對稱非球面共形整流罩外表面具有較尖的拱狀外形，既可以滿足光學探測系統的像質要求，也可以滿足流體動力學的低阻力要求。但是，當整流罩后面的光學系統對一定范圍的視場進行跟蹤掃描成像時，由于參與成像的整流罩面型是非球面的，給后續的光學系統引入各種像差，嚴重影響成像質量。由于在不同掃描視場時系統的殘余像差是不同的，采用空間光調制器可以校正系統在不同掃描視場時的像差，從而獲得大視場高質量的成像。

與本發明最為接近的已有技術是專利CN.200910236443.X，該光學系統只有5°-10°視場，且全部采用折射元件，系統長度較大、結構復雜，難以滿足推進器內部空間狹小的使用條件。

為了克服上述缺點，特設計一種含非空間光調制器的大視場掃描紅外光學系統，可適于較大范圍的掃描視場(±60°)，系統結構簡單、長度短，可以利用反射式空間光調制器對不同視場時系統的殘余像差進行相位補償，從而在各個掃描視場都能獲得接近衍射極限的調制傳遞函數(MTF)值。

發明內容

本發明的目的是解決非球面整流罩條件下，系統視場較小及結構復雜的問題，提出一種含反射式空間光調制器的大視場掃描紅外光學系統。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明的一種含反射式空間光調制器的大視場掃描紅外光學系統包括：旋轉對稱非球面整流罩(1)，雙二次曲面校正板(2)，消色差旋轉雷斯萊棱鏡對(3)，分光棱鏡(4)、反射式空間光調制器(5)、球面光學透鏡組(6)、球面光學透鏡(7)、球面光學透鏡組(8)、保護窗口(9)、探測器像面(10)。在光的傳播方向上，元件(1)到(6)依次按順序排列，在(6)反射回的光經過分光棱鏡中間面的反射后，光軸順時針旋轉90°，元件(7)到(9)在旋轉后的光軸上依次排列。

其中，旋轉對稱非球面整流罩(1)是有旋轉對稱軸的非球面，雙二次曲面校正板(2)用于校正像差，消色差旋轉雷斯萊棱鏡對(3)可進行大范圍視場掃描及消色差，分光棱鏡(4)可以對光路進行折轉以留出空間來放置后面的光學元件，反射式空間光調制器(5)用于對系統進行相位補償來實現像差的校正。

本發明具體設計方法如下：

1.采用了一種符合介質動力學的旋轉對稱非球面整流罩(1)，使用雙二次曲面校正板(2)進行像質補償。在減小介質阻力、提高運動范圍的同時，使成像質量接近衍射極限；

2.為了使系統在大的跟蹤視場的目標能成像在探測器像面上，采用消色差旋轉累斯萊棱鏡對(4)對目標進行光機掃描。如圖2所示，將累斯萊棱鏡成對使用，光楔對在與光軸垂直的平面內繞著光軸旋轉，在后續成像系統不運動的狀態下，低溫線圈和電子設備不通過旋轉機械裝置。對一定目標視場范圍內進行掃描，結構簡單。系統掃描視場可達±60°。

3.為了校正在不同掃描視場時系統所殘留的不同波像差，采用反射式空間光調制器(5)對系統進行動態的相位補償，以實現在各個掃描視場時系統的成像質量都能達到衍射極限，從而可以增大掃描角度，降低系統初始結構的復雜度。

4.為了減小系統長度、滿足光學元件的放置空間需求，在系統中使用了分光棱鏡(4)對光路進行折轉，這種結構有效地減小了系統的長度，使系統體積緊湊，同時在使用反射式空間光調制器(5)的反射系統中為后繼的光學元件留出足夠的放置空間。

通過以上的設計方法，本發明的一種含反射式空間光調制器的大視場掃描紅外光學系統可適于±60°范圍的掃描視場，系統結構簡單、長度短，在各個不同的掃描視場都可獲得接近衍射極限的調制傳遞函數(MTF)值。

本發明的工作原理：無窮遠目標發射的紅外輻射依次經過旋轉對稱非球面整流罩(1)，雙二次曲面校正板(2)，消色差旋轉雷斯萊棱鏡對(3)、分光棱鏡(4)、反射式空間光調制器(5)，經反射式空間光調制器(5)反射后又入射到分光棱鏡(4)，經分光棱鏡(4)的反射后入射到球面光學透鏡組(6)，然后依次經過球面光學透鏡(7)、球面光學透鏡組(8)、保護窗口(9)后，照射到探測器像面(10)上，得到最后的像。

有益效果