[發明專利]雙模折反射式共探測器成像系統

有效

• 申請號: 201310275716.8
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103345051A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 付強;張新;史廣維;王靈杰;張建萍
• 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: 張偉

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種紅外中波/長波雙模折反射式共探測器成像系統。

背景技術

隨著新一代多波段紅外探測器技術的發展，多波段成像的使用變得越來越廣泛，為了成功應用新一代探測器，必須設計出能夠同時具備多波段成像能力的光學系統。

在紅外成像領域，應用最為廣泛的光譜波段為中波紅外（3μm～5μm）和長波紅外（8μm～12μm）。這兩個波段相比較擁有不同的優勢和局限。最好的方式是采用雙波段紅外探測器合并以上兩個波段，使它們優勢互補。

雙波段光學系統設計的主要問題是材料的色散特性在不同波段變化明顯，色差校正是雙波段光學系統設計面臨的主要難題。

全反射式光學系統結構形式一般為多波段光學系統設計的首選，其天生具備色差校正的優勢，且系統透過率高。雙波段紅外探測器一般為制冷式探測器，因此在探測器中存在冷闌，冷闌的存在使得全反射式光學系統必須進行二次成像以實現冷闌匹配，這就無法使用應用最為廣泛的兩反系統設計（兩反格里高利系統可以實現二次成像，但軸外系統的成像性能較差，無法應用）。但是，當需要緊湊的外形尺寸和大視場的情況時，全反射式光學系統的設計難度陡增。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種雙模折反射式共探測器成像系統，該系統可實現長焦距、大相對孔徑成像，結構緊湊，像質達到或接近衍射極限，冷闌匹配可達到100%。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

雙模折反射式共探測器成像系統，其特征在于，該系統包括：主鏡、次鏡、中繼鏡組和焦平面探測器；所有部件皆為同光軸放置；其中，主鏡和次鏡為卡塞格林結構；主鏡有中心孔，次鏡放置在主鏡的前方，中繼鏡組和焦平面探測器放置在次鏡后方；來自物方的光束經主鏡反射后入射到次鏡上，由次鏡反射聚焦，使得目標成像在第一像面上；再由中繼鏡組將第一像面上的目標轉像，通過焦平面探測器聚焦；次鏡前表面反射中波紅外，透射長波紅外；后表面反射長波紅外；長波紅外再次通過前表面回到光路中。

本發明的有益效果是：折反射光學系統由于主次鏡可以分擔大部分光焦度，中繼鏡組的焦距一般很小且口徑不大，色差校正相對容易；同時，利用反射鏡折疊光路，縮小了鏡頭的體積和減輕了質量，長度一般可以做到焦距的0.8倍以下。采用折反射式光學系統設計在雙波段紅外光學系統下可以實現長焦距、大相對孔徑成像，結構緊湊，畸變小，傳遞函數達到或接近衍射極限，冷闌匹配達到100%。

附圖說明

圖1本發明雙模折反射式共探測器成像系統中的中波紅外光路示意圖。

圖2本發明雙模折反射式共探測器成像系統中的長波紅外光路示意圖。

圖3次鏡前后表面反射光線示意圖。

圖4是本發明在中波波段的MTF曲線。

圖5是本發明在長波波段的MTF曲線。

圖6是本發明在中波波段的畸變曲線及數據。

圖7是本發明在長波波段的畸變曲線及數據。

圖中：1、主鏡，2、次鏡，21、次鏡前表面，22、次鏡后表面，3、第一像面，4、中繼鏡組，41、第一折射透鏡，42、第二折射透鏡，43、第三折射透鏡，44、第四折射透鏡，5、焦平面探測器，51、紅外焦平面探測器窗口，52、焦平面探測器冷闌，53、探測器焦平面陣列，6、中波紅外和7、長波紅外。

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。

圖1和圖2給出了雙模折反射式共探測器成像系統的光路示意圖，圖1給出了成像系統對3.7μm～4.8μm中波紅外的光路示意，圖2中給出了成像系統對8μm～10μm長波紅外的光路示意。從物方到像方按順序由一個主鏡1、一個次鏡2、一個中繼鏡組4和一個焦平面探測器5組成。

成像系統采用兩鏡卡塞格林系統，采用兩個高次非球面。次鏡2為凸曼金鏡，其材料為鍺。所有光學元件布置在同一光軸上，主鏡1有中心孔，次鏡2放置在主鏡1的前方，中繼鏡組4和焦平面探測器5放置在次鏡2后方；來自物方的光束經主鏡1反射后入射到次鏡2上，由次鏡2反射聚焦，使得目標成像在第一像面3上；再由中繼鏡組4將第一像面3上的目標轉像，通過焦平面探測器5聚焦。主鏡1的反射面與次鏡2的反射面相對排布，第一折射透鏡41、第二折射透鏡42、第三折射透鏡43和第四折射透鏡44布置在第一像面3與探測器焦平面陣列53之間，探測器冷闌52處于焦平面探測器窗口51和探測器焦平面陣列53之間。