[發(fā)明專利]緊湊型折反射式長(zhǎng)波紅外無(wú)熱化成像光學(xué)系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110452699.1
• 申請(qǐng)日: 2011-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102520506A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張新;王靈杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): G02B17/08
• 分類號(hào): G02B17/08;G02B13/18;G02B1/02
• 代理公司: 長(zhǎng)春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 王淑秋

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種緊湊型折反射式長(zhǎng)波紅外無(wú)熱化成像光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

紅外光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，工作環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)紅外光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量要求越來(lái)越高，設(shè)計(jì)能夠工作在惡劣環(huán)境條件下的高性能紅外光學(xué)系統(tǒng)成為必然。環(huán)境溫度變化將引起材料折射率的變化、系統(tǒng)焦距改變、像面位移(離焦)、成像質(zhì)量惡化等。這種光學(xué)系統(tǒng)的熱不穩(wěn)定性尤以紅外光學(xué)系統(tǒng)為甚，這主要是由于紅外光學(xué)材料的熱穩(wěn)定性較差，多數(shù)紅外光學(xué)材料的折射率隨溫度變化明顯。因此，在設(shè)計(jì)紅外光學(xué)系統(tǒng)的過(guò)程中，必須采用一定的補(bǔ)償技術(shù)以消除溫度效應(yīng)的影響，使紅外光學(xué)系統(tǒng)能夠在一個(gè)較大的環(huán)境溫度范圍內(nèi)保持良好的成像質(zhì)量。

傳統(tǒng)的無(wú)熱化設(shè)計(jì)方法可分為三類：(1)機(jī)械被動(dòng)式；(2)機(jī)電主動(dòng)式；(3)光學(xué)被動(dòng)式。其中光學(xué)被動(dòng)補(bǔ)償方式由于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、尺寸小重量輕、系統(tǒng)可靠性高等特點(diǎn)，受到了極大的重視。

折反射光學(xué)系統(tǒng)由于主次鏡分擔(dān)大部分光焦度，有利于系統(tǒng)無(wú)熱化設(shè)計(jì)；利用反射鏡折疊光路，縮小了鏡頭的體積和減輕了質(zhì)量，長(zhǎng)度可以做到比焦距短。綜上所述，在紅外光學(xué)系統(tǒng)要求輕質(zhì)緊湊的場(chǎng)合，一般采用折反射式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式。

美國(guó)專利US4,431,917(公開(kāi)日19840214)公開(kāi)了一種“緊湊高冷闌效率光學(xué)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)采用折反射式光學(xué)結(jié)構(gòu)，由主反射鏡、次鏡和中繼鏡構(gòu)成，其中主反射鏡和次鏡都采用反射鏡。由于光學(xué)系統(tǒng)的主反射鏡、次鏡都采用反射鏡，因而其焦距短，視場(chǎng)小，體積大。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦距成像，結(jié)構(gòu)緊湊、視場(chǎng)大的緊湊型折反射式長(zhǎng)波紅外無(wú)熱化成像光學(xué)系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的緊湊型折反射式長(zhǎng)波紅外無(wú)熱化成像光學(xué)系統(tǒng)包括次鏡、主反射鏡、中繼鏡；所述次鏡為負(fù)光焦度的折反射式光學(xué)元件，由環(huán)形透光部分和中心曼金鏡構(gòu)成；來(lái)自物方的光束透過(guò)次鏡的環(huán)形透光部分入射到主反射鏡，經(jīng)主反射鏡反射后入射到次鏡的曼金鏡，由曼金鏡折反聚焦，使得目標(biāo)成像在第一像面上；再由中繼鏡將第一像面上的目標(biāo)轉(zhuǎn)象并重新聚焦到第二像面上；所述第二像面與成像接收器的焦平面重合。

本發(fā)明次鏡采用光焦度為負(fù)的折反射式光學(xué)元件，曼金鏡可以實(shí)現(xiàn)折射和反射兩種功能，其余部分為環(huán)形透光部分，只能實(shí)現(xiàn)折射功能，因而增大了入射光的視角，同時(shí)縮短了次鏡與第一像面之間的距離。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦距成像，結(jié)構(gòu)緊湊、視場(chǎng)大，可應(yīng)用于航空、航天等光電成像領(lǐng)域。

所述次鏡的前表面為凸非球面，主反射鏡的反射面為凹非球面。

所述主反射鏡的反射面為標(biāo)準(zhǔn)二次曲面或高次非球面。

所述次鏡的前表面為標(biāo)準(zhǔn)二次曲面或高次非球面。

目標(biāo)通過(guò)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)后成像在紅外焦平面成像接收器上，從而得到目標(biāo)的數(shù)字圖像；焦平面成像接收器可以是非制冷式長(zhǎng)波紅外探測(cè)器，也可以是制冷式長(zhǎng)波紅外探測(cè)器。

所述中繼鏡由沿同一光軸順序放置的第一折射透鏡、第二折射透鏡和第三折射透鏡組成；其中第一折射透鏡、第二折射透鏡為彎月鏡，第三折射透鏡為雙凸透鏡。

第一折射透鏡和第二折射透鏡的前表面為非球面，第一折射透鏡和第二折射透鏡的后表面、第二折射透鏡的前表面和后表面均為球面。

所述第一折射透鏡、第二折射透鏡和第三折射透鏡采用Ge晶體。

所述第一折射透鏡、第二折射透鏡和第三折射透鏡采用ZnS晶體。

所述第一折射透鏡、第二折射透鏡和第三折射透鏡采用ZnSe晶體。

次鏡材料選用折射率溫度系數(shù)較大的紅外晶體，次鏡、中繼鏡及鏡體支撐材料選擇輕質(zhì)、低線漲系數(shù)結(jié)構(gòu)材料，通過(guò)互相匹配可消除系統(tǒng)熱差，實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)被動(dòng)無(wú)熱化。通過(guò)主反射鏡、次鏡和中繼鏡的光焦度合理匹配可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)色差的消除，光學(xué)畸變小，傳遞函數(shù)高，可實(shí)現(xiàn)大溫度范圍光學(xué)補(bǔ)償無(wú)熱化成像。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的緊湊型折反射式長(zhǎng)波紅外無(wú)熱化成像光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為次鏡；2為主反射鏡；3為中繼鏡；31為第一折射透鏡；32為第二折射透鏡；33為第三折射透鏡；4為第一像面；5為第二像面，即成像接收器焦平面；6為成像接收器窗口。

圖2是中繼鏡放大圖。

圖3是本發(fā)明采用的坐標(biāo)系示意圖。

具體實(shí)施方式