[發明專利]一種長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統

在審

• 申請號: 202111481511.6
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114326069A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 王保華;聶云松;王軍;康曉軍;邢輝;童衛明;馬軍;宋俊儒;孫啟楊;閆秀榮;陳希;蔡媛媛;徐培麒
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08;G02B27/00;G01J5/08;G01J5/0806;G01J5/48
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 高志瑞

本發明公開了一種長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統，包括：光學系統、中繼光學系統和中間像面；其中，主光學系統為離軸反射系統，中繼光學系統為透射系統；目標輻射的長波紅外光線經主光學系統反射后經過中間像面進入中繼光學系統，再經過中繼光學系統折射后匯聚到像面；中間像面與主光學系統的距離為805mm，中間像面與中繼光學系統的距離為112mm。本發明具有大口徑、長焦距、大視場、低畸變和雜散光抑制能力強的特點，滿足多種遙感應用需求。

技術領域

本發明屬于紅外遙感成像技術領域，尤其涉及一種長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統。

背景技術

長波紅外譜段具有全天時遙感探測能力，在環境保護、火災監測、偽裝目標探測等領域具有廣泛的應用前景。目前，用于空間遙感探測的長波紅外光學系統存在以下幾個主要問題，嚴重限制了其在遙感領域所能發揮的作用：其一，現有的長波紅外光學系統焦距較短，口徑較小，不能實現高空間分辨率和高溫度靈敏度成像；其二，現有的長波紅外光學系統視場角較小，成像幅寬窄，不能實現高時間分辨率成像；其三，現有的長波紅外光學系統成像畸變大，不能實現高精度目標探測；其四，現有的長波紅外光學系統通常采用杜瓦制冷的方式來抑制內部雜散光，雜散光抑制能力較弱。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統，具有大口徑、長焦距、大視場、低畸變和雜散光抑制能力強的特點，滿足多種遙感應用需求。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：一種長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統，包括：光學系統、中繼光學系統和中間像面；其中，主光學系統為離軸反射系統，中繼光學系統為透射系統；目標輻射的長波紅外光線經主光學系統反射后經過中間像面進入中繼光學系統，再經過中繼光學系統折射后匯聚到像面；中間像面與主光學系統的距離為805mm，中間像面與中繼光學系統的距離為112mm。

上述長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統中，所述主光學系統包括主反射鏡(PM)、次反射鏡(SM)和三反射鏡(TM)；其中，目標輻射的長波紅外光線依次經主反射鏡(PM)、次反射鏡(SM)和三反射鏡(TM)反射后進入中繼光學系統；主光學系統的焦距為1120mm。

上述長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統中，所述中繼光學系統包括前透鏡組(FG)、窗口(W)和后透鏡組(BG)；其中，前透鏡組(FG)包括第一透鏡(L1)、第二透鏡(L2)和第三透鏡(L3)，后透鏡組(BG)包括第四透鏡(L4)、第五透鏡(L5)和第六透鏡(L6)；經中繼光學系統反射的目標輻射的長波紅外光線依次經前透鏡組(FG)、窗口(W)和后透鏡組(BG)折射后匯聚到像面(Image)；中繼光學系統的焦距為290mm。

上述長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統中，主反射鏡(PM)、次反射鏡(SM)、三反射鏡(TM)組成和前透鏡組(FG)的工作溫度為20℃，窗口(W)的工作溫度為10℃，后透鏡組(BG)的工作溫度為-53℃。

上述長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統中，主反射鏡(PM)和三反射鏡(TM)均為10階離軸非球面，主反射鏡(PM)的離軸量為402.8mm，三反射鏡(TM)的離軸量為-260.8mm。

上述長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統中，第二透鏡(L2)的后表面(FS)為6階XY多項式自由曲面。

上述長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統中，所述長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統的通光口徑為500mm，焦距1200mm，工作譜段范圍為8μm～10μm，視場角為10°×1°。

上述長波紅外多溫區自由曲面離軸折反射光學系統中，中間像面尺寸為196mm×19.6mm，中間像面位于三反射鏡和第一透鏡之間；中間像面與三反射鏡的距離為805mm，中間像面與第一透鏡的距離為112mm。