[發明專利]一種無遮攔折反射式紅外光學系統

無效

• 申請號: 201310138328.5
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN103226237A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 史廣維;張新;張建萍;王靈杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 田春梅

技術領域

本發明屬于折反射式光學系統領域，具體涉及一種無遮攔折反射式紅外光學系統。

背景技術

在紅外光學系統設計中較為常用的結構形式為透射式和折反射式。與透射式光學系統相比，折反射式光學系統存在諸多優點：折反射式光學系統利用反射鏡折疊光路使結構更加緊湊；折反射式光學系統前端的反射鏡組承擔了大部分光焦度，色差較小并且有利于系統的無熱化設計；尺寸較大的反射元件基底材料更容易獲得，而且價格低廉、易于輕量化。因此，大口徑的紅外成像光學系統均采用折反射結構形式。

傳統的同軸折反射式紅外光學系統存在中心遮攔的問題，例如經典卡塞格林系統的次鏡會對主鏡的入射光束造成遮擋。中心遮攔不僅影響系統的光通量，而且遮攔衍射效應降低了圖像的對比度，即光學傳遞函數。此外，對于紅外光學系統，次鏡支撐部分熱輻射會增加系統自身的噪聲，降低系統的信噪比。傳統的離軸反射光學系統是在同軸反射系統的基礎上通過光闌偏置或視場偏置的方式實現無遮攔成像的，例如離軸RC系統，這類離軸反射光學系統會產生相對于視場中心的非對稱性像差場。如果利用傳統的離軸反射光學系統構建紅外折反射系統，無法通過同軸的透鏡組校正前端非對稱性像差。

發明內容

為了解決現有同軸折反射式紅外光學系統的遮攔問題以及傳統離軸反射光學系統存在非對稱像差無法通過共軸透鏡組構建紅外折反射系統的技術問題，本發明提供一種無遮攔折反射式紅外光學系統。

本發明解決技術問題所采取的技術方案如下：

一種無遮攔折反射式紅外光學系統包括主鏡、次鏡、透鏡組和制冷型紅外探測器，主鏡為離軸拋物面，次鏡為離軸雙曲面，二者的光焦度均為正值；制冷型紅外探測器包括探測器冷屏、探測器窗口、探測器濾光片和探測器像面；其特征在于：所述主鏡的焦點與次鏡的一個焦點重合，二者非共軸設置；所述透鏡組的光軸與次鏡的出射主光線重合；通過對次鏡傾斜角度的調整以及對入瞳離軸量的控制產生軸對稱的像差場；物方目標入射光線經過主鏡反射到次鏡，經過次鏡反射后射入透鏡組，透鏡組的出射光線依次經過探測器窗口和探測器濾光片入射到探測器像面上。

本發明中所述的主鏡為拋物面，次鏡為雙曲面。首先，利用共焦原理將主鏡拋物面焦點與次鏡雙曲面的一個焦點重合，那么位于中心視場無窮遠的物體將成像在次鏡另一個焦點上。其次，將次鏡傾斜和孔徑光闌離軸引入系統形成無遮攔反射成像。次鏡的傾斜必須要繞著主鏡焦點進行，保證中心視場無像差。次鏡的傾斜會引入非對稱性像差，通過對孔徑光闌離軸量的控制對非對稱性像差實現補償。在次鏡的另一個焦點位置形成軸對稱的像差場，像差場中球差得到校正，殘余較大的彗差和小量的像散、場曲。最后，利用透鏡組對系統殘余像差進行校正從而實現清晰成像。所述的透鏡組可以是用于一次成像的場鏡鏡組，也可以是多次成像的中繼鏡組。

本發明的有益效果是：該光學系統的次鏡不會對主鏡的入射光束造成遮擋，因此提高了系統的光通量和光學傳遞函數，增強了所成圖像的對比度，還避免了因次鏡支撐部分熱輻射所產生的系統噪聲，進而提高了光學系統的信噪比。該光學系統中的兩塊離軸反射鏡能夠產生相對于視場中心對稱的像差場，且中心視場無像差。

附圖說明

圖1是本發明無遮攔折反射式紅外光學系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明的無遮攔折反射式紅外光學系統包括主鏡1、次鏡2、透鏡組3和制冷型紅外探測器4，主鏡1為離軸拋物面，次鏡2為離軸雙曲面，主鏡1和次鏡2的光焦度均為正值；制冷型紅外探測器4包括探測器冷屏4-1、探測器窗口4-2、探測器濾光片4-3和探測器像面4-4；主鏡1的焦點與次鏡2的一個焦點重合，二者非共軸設置；透鏡組3的光軸與主鏡1、次鏡2出射的主光線重合；通過對次鏡2傾斜角度的調整以及對入瞳5離軸量的控制產生軸對稱的像差場；物方目標入射光線經過主鏡1反射到次鏡2，經過次鏡2反射后射入透鏡組3，透鏡組3的出射光線依次經過探測器窗口4-2和探測器濾光片4-3入射到探測器像面4-4上。

探測器冷屏4-1為光學系統的孔徑光闌，光學系統的入瞳5位于主鏡1附近，探測器冷屏4-1與入瞳5相互共軛。在滿足共焦條件的情況下，通過次鏡2傾斜角度與入瞳5離軸量之間相互配合調整來調節主鏡1和次鏡2的通光口徑，并使兩反射鏡產生軸對稱的像差場，保證中心視場無像差。

實施例：