[發明專利]一種超低等效黑體溫度長波紅外光學系統

在審

• 申請號: 202010419365.3
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111505815A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 李美萱;徐春艷;張斯淇;張文穎;李宏;李楠;馮悅姝;劉小涵
• 申請（專利權）人: 吉林工程技術師范學院
• 主分類號: G02B17/06
• 分類號: G02B17/06
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 李青

一種超低等效黑體溫度長波紅外光學系統，解決了紅外探測中系統信噪比低、系統探測距離短的技術問題。超低等效黑體溫度長波紅外光學系統包括位于同光軸，材料為鋁的主鏡、次鏡、三鏡、四鏡、主鏡遮光罩、支撐筋、視場光闌和探測器遮光罩，材料為鍺的窗口、濾光片，長波制冷紅外探測器靶面，系統入瞳直徑200mm，視場角1.07度，像方全高為10.8毫米，波長為7.0um～10.1um，采用四反結構，系統等效黑體溫度為180K。通過對三根支撐拋亮、次鏡開孔且孔內表面為特殊曲率半徑、加入視場光闌以及視場光闌前后表面不同的處理工藝、放置探測器遮光罩等措施，大大降低了光學系統自身熱輻射水平，系統等效黑體溫度低至180K，對提高系統信噪比、增大探測距離都起著至關重要的作用。

技術領域

本發明屬于紅外光學技術領域，具體涉及一種超低等效溫度長波外光學系統。

背景技術

天基紅外光學探測系統作為天基探測系統的重要組成部分，相比于可見光探測系統主要具有兩方面的優點，一是紅外目標通過其自身熱輻射的輻射特性，探測獲取目標幾何或材料信息，具有被動隱蔽性，而可見光目標是利用自身表面對自然光的反射，獲取目標反射光信息，容易被監視的目標發現，隱蔽性差；二是當可見光監視的目標處于太陽照射的背影區，可見光探測無法繼續監視；而紅外探測則可以繼續跟蹤監視以免目標丟失，可實現全天候監視。

隨著探測器的研制技術的發展，如積分時間提高和自身暗電流的減小等，限制紅外探測系統高靈敏度的因素就主要是背景熱輻射和光機系統自身熱輻射，尤其長波波段范圍內，光機系統自身熱輻射(光學元件、鏡筒、支撐筋等)向外的輻射量到達探測面上雜散輻射往往比弱信號目標的輻射量大幾個量級，是不容忽視的。然而隨著空間探測技術的發展，紅外成像系統在空天攻防、天文觀測和對地遙感等領域獲得了廣泛的應用。大氣層外空間環境與大氣層內環境存在著巨大差異，主要體現在空間環境的背景溫度極低，背景輻射能量極弱。因此，在深空探測背景下，空間背景輻射極小，光學系統自身熱輻射就成為了探測器主要的背景輻射。

光學系統的自身熱輻射會導致探測目標的信噪比降低、圖像的對比度變差，使得整個圖像的層次減少，圖像動態范圍縮短，整體灰度分布不均，嚴重的情況下，被探測目標信號被淹沒，無法識別目標信號，或者探測到假信號，可能丟失探測的目標，降低探測效率，甚至導致整個探測系統失效。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種超低等效溫度長波外光學系統，解決了天基紅外光學探測系統信噪比低、圖像對比度差、系統探測距離短的技術問題。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

一種超低等效溫度長波外光學系統，該光學系統包括：

該光學系統包括：位于同光軸的主鏡、次鏡、三鏡、四鏡、窗口、濾光片、探測器和視場光闌；所述主鏡、次鏡、三鏡和四鏡組成四反結構；入射光通過同軸四反結構和位于次鏡像面處的視場光闌后，經由三鏡后的窗口和濾光片透射至探測器靶面；所述主鏡、次鏡、三鏡、四鏡和視場光闌的材料皆為鋁；窗口、濾光片材料為鍺，探測器為長波制冷紅外探測器；

所述主鏡為雙曲面，口徑為200mm，中心開孔為50mm，各反射面同光軸，通過支撐筋與次鏡相連且固定它們之間的相對位置；

所述次鏡為階數6次的非球面，口徑54mm，各反射面同光軸；

所述三鏡為階數6次的非球面，口徑105.6mm，中心開孔為32mm，各反射面同光軸，與四鏡和主鏡相連；

所述四鏡為階數6次的非球面，口徑140mm，中心開孔為40mm，各反射面同光軸，所述主鏡和四鏡為一塊鋁板所對應的兩個面；

系統具體參數如下：