[發明專利]雙譜段空間低溫熱像儀光學成像系統

無效

• 申請號: 201210028866.4
• 申請日: 2012-02-09
• 公開（公告）號: CN102589710A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 胡斌;周峰;蘇云;劉兆軍;張濤;張寅生;李妥妥;吳立民;黃穎;湯天瑾
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G01J5/08
• 分類號: G01J5/08;G02B17/02;G02B1/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

技術領域

本發明屬于航天光學遙感器技術領域，涉及一種在80K低溫下使用的大視場、大相對口徑、雙譜段紅外光學系統。

背景技術

紅外技術特有的優勢使得紅外光學系統廣泛應用于空間遙感和國防領域，但由于紅外波段材料的折射率參數較無色光學玻璃更容易受到工作環境溫度變化的影響，這使得紅外光學系統成像質量的穩定性難以滿足這些領域的特殊性要求，而對于低溫光學系統而言，光學系統需要在常溫工況下完成加工、裝調和測試之后，在低溫工況下進行工作，巨大的溫度差將導致低溫光學系統無法正常工作。

為了獲得高成像質量穩定性的低溫鏡頭，降低溫控裝置的要求，需采用一定的消熱差技術以消除溫度效應的影響。目前國內外采用的光學系統無熱化技術大致分為三類，即光學被動補償、機械被動補償和機械主動補償。空間相機對可靠性、體積和重量有嚴格限制而不適用機械被動補償和機械主動補償消熱差技術。光學被動消熱差直接利用不同光學材料間的熱特性參數的互補性，通過光學材料的適當組合來消除溫度變化的影響。

傳統的大視場、大相對口徑長焦距紅外光學系統需要采用三種以上的紅外材料，透鏡數量多，透鏡口徑大，增加了光學系統結構的復雜程度。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種雙譜段空間低溫熱像儀光學成像系統，該系統具備雙譜段探測以及大視場、大相對口徑的特點。

本發明的進一步解決的技術問題是：系統能夠在低溫下使用。

本發明的技術解決方案是：雙譜段空間低溫熱像儀光學成像系統，其特征在于包括：共用校正板、共用主鏡、共用焦面校正透鏡組和接收像面；共用校正板、共用主鏡和共用焦面校正透鏡組同軸并作為光學系統的主光軸，兩個不同視場的夾角為0°～4°的視場光線從左側以主光軸為中心對稱入射至由共軸的凸平正透鏡和彎向共用主鏡的彎月負透鏡組成的共用校正板，經過共用校正板透射、共用主鏡反射、由共軸的彎向共用主鏡的彎月負透鏡和雙凸正透鏡組成的共用焦面校正透鏡組透射到達雙譜段分立的接收像面后各自成像。

所述的共用校正板的面形為球面透鏡、共用主鏡的面形為球面或非球面反射鏡、共用焦面校正透鏡組的面形為球面或非球面透鏡。

所述的共用主鏡的通光口徑由光學系統的視場大小決定，共用焦面校正透鏡組的通光口徑為矩形，矩形的外形尺寸由光學系統的視場大小決定的，只要能夠保證在接收像面上能夠清楚成像即可。

所述的共用校正板的材料為紅外光學材料，共用主鏡的材料為鈹、或碳化硅、或微晶玻璃、或熔石英，共用焦面校正透鏡組為與共用校正板相異的紅外光學材料。

所述的接收像面為采用視場拼接或者機械拼接的面陣、線陣CCD或TDICCD探測器接收面。

所述的光學系統能夠在293K常溫條件下完成加工、裝調和測試，在80K低溫情況下進行工作。

本發明的積極效果：

(1)傳統施密特光學系統校正板與共用主鏡的距離為共用主鏡曲率半徑，本發明通過對傳統施密特光學系統進行改進，使得光學系統中校正板與共用主鏡的距離為共用主鏡曲率半徑的0.7倍，從而可減小光學系統軸向長度；將大口徑的共用校正板的面形設置為球面，降低光學系統加工與裝調的難度，系統中加入小口徑的共用焦面校正透鏡組，可以有效的擴大系統視場、增加系統的相對口徑；共用焦面校正透鏡組的通光口徑為矩形，可有效減小共用焦面校正透鏡組造成的遮攔造成的能量損失，以上這些設計有利于光學系統對遠距離的弱點目標進行探測。

(2)本發明采用了折反式光學系統，利用反射材料承擔了主要的光焦度，對于大視場、大相對口徑的紅外光學系統而言，可以有效的較少大口徑紅外材料使用的數量；利用分視場的方式，在同一光學系統中實現了雙譜段的探測，在同一臺相機中實現了兩種不同應用的集成，以上這些設計有利于降低相機光學系統的研制成本。

(3)本發明采用光學被動補償消熱差設計的思想，選擇兩種紅外光學材料和一種反射鏡材料，根據光學系統鏡筒結構材料的熱膨脹系數，使得溫度變化時光學系統像面的位置變化趨勢與相機像面探測器位置變化趨勢一致，光學系統像面的位置與相機像面探測器位置之差小于光學系統的焦深，保證光學系統滿足光焦度匹配要求、消熱差要求和消軸向色差要求，以上這些設計能夠保證光學系統在常溫工況下進行加工、裝調和測試，在80K低溫工況下進行工作。

附圖說明

圖1a為本發明光學系統的結構圖；

圖1b為本發明光學系統沿光軸旋轉90°后的結構圖；

圖2a為本發明光學系統B1譜段293K工況下軸向像差曲線；