一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)，屬于光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外探測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)探測(cè)目標(biāo)的紅外輻射特性對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)與識(shí)別，具有被動(dòng)探測(cè)、隱蔽性強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)全天候探測(cè)搜索等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在煙、霧、雪、霾、風(fēng)沙等能見(jiàn)度差的不良?xì)庀髼l件下可穿透上述氣象的限制，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別探測(cè)，目前最常使用的紅外探測(cè)系統(tǒng)為中波紅外探測(cè)系統(tǒng)和長(zhǎng)波紅外探測(cè)系統(tǒng)，二者各有優(yōu)點(diǎn)，中波紅外探測(cè)系統(tǒng)在濕熱的大氣環(huán)境中透過(guò)率更高，而長(zhǎng)波紅外探測(cè)系統(tǒng)在陸地區(qū)域透過(guò)率更高，對(duì)于濃煙、大霧的復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性更好。紅外雙波段探測(cè)成像系統(tǒng)利用紅外波段不同波長(zhǎng)范圍的光譜，可以提高目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別能力、識(shí)別速率，并降低系統(tǒng)的虛警率。《光學(xué)學(xué)報(bào)》2014年第10期中報(bào)道了毛文峰，張新等人設(shè)計(jì)了一種紅外雙色寬波段高衍射效率衍射光學(xué)系統(tǒng)，采用雙層kinoform型衍射光學(xué)元件，設(shè)計(jì)了一種能夠同時(shí)在紅外中波3?5 μπι和長(zhǎng)波8?14 μ m波段內(nèi)工作的雙波段光學(xué)系統(tǒng)，但衍射光學(xué)元件的衍射效率，以及衍射光學(xué)元件的制造，加工，檢測(cè)都制約著該類(lèi)系統(tǒng)的實(shí)用性?！豆鈱W(xué)學(xué)報(bào)》2013年第6期中報(bào)道了張欣婷，安志勇等人設(shè)計(jì)了一種雙層諧衍射雙波段紅外消熱差光學(xué)系統(tǒng)，采用鍺和特殊的AMTIRl光學(xué)材料，引入雙層諧衍射元件實(shí)現(xiàn)了雙波段和消熱差設(shè)計(jì)，該個(gè)系統(tǒng)存在和紅外雙色寬波段高衍射效率衍射光學(xué)系統(tǒng)同樣的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)，采用分光鏡分光實(shí)現(xiàn)紅外雙波段分光，共同使用主、次鏡和準(zhǔn)直鏡，在分光鏡后加各自的校正透鏡進(jìn)行像差校正，采用匹配合適的光學(xué)材料實(shí)現(xiàn)了紅外雙波段消熱差，能夠滿(mǎn)足在一定溫度范圍內(nèi)良好成像。
[0004]本發(fā)明的一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)，主光路為長(zhǎng)波紅外光路，折轉(zhuǎn)光路為中波紅外光路，主光路從光束入射方向依次排布包括主鏡，次鏡，準(zhǔn)直鏡1，準(zhǔn)直鏡2,分光鏡，長(zhǎng)波校正鏡I，濾光片，長(zhǎng)波校正鏡2，長(zhǎng)波校正鏡3，長(zhǎng)波校正鏡4，長(zhǎng)波校正鏡5，長(zhǎng)波探測(cè)器組件，折轉(zhuǎn)光路從光束入射方向依次排布包括主鏡，次鏡，準(zhǔn)直鏡1，準(zhǔn)直鏡2，分光鏡，中波校正鏡1，中波校正鏡2，中波校正鏡3，中波轉(zhuǎn)折反射鏡，中波校正鏡4，中波校正鏡5，中波探測(cè)器組件。主鏡，次鏡，準(zhǔn)直鏡1，準(zhǔn)直鏡2為共用光學(xué)元件，主鏡面型為拋物面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在0.4?0.5之間；次鏡面型為高次非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在0.1?0.2之間；準(zhǔn)直鏡I中至少包含一個(gè)非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在-0.2?-0.1之間；準(zhǔn)直鏡2中至少包含一個(gè)非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在-5.5?-5.0之間；長(zhǎng)波校正鏡I至少包含一個(gè)非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在0.12?0.18之間；濾光片為砸化鋅制造而成的平行平板；長(zhǎng)波校正鏡2至少包含一個(gè)非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在-0.86?-0.82之間；長(zhǎng)波校正鏡3至少包含一個(gè)非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在-0.13?-0.08之間；長(zhǎng)波校正鏡4至少包含一個(gè)非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在-4.3?-3.2之間；長(zhǎng)波校正鏡5至少包含一個(gè)非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在-0.16?-0.10之間；中波校正鏡I至少包含一個(gè)非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在-0.07?-0.01之間；中波校正鏡2為球面鏡，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在0.02?0.09之間；中波校正鏡3至少包含一個(gè)非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在0.18?0.54之間；中波校正鏡4為球面鏡，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在-0.16?-0.05之間；中波校正鏡5至少包含一個(gè)非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在0.13?0.25之間。
[0005]其中，紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)的遮攔比為0.27。
[0006]其中，該紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)工作波段為中波紅外3.5-5.0 μπι和長(zhǎng)波紅外7.5-12 μ m。
[0007]其中，該紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)的工作溫度范圍為10°C -40°C。
[0008]本發(fā)明的原理在于:
[0009]一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)，用于將無(wú)窮遠(yuǎn)處中波光譜波段和長(zhǎng)波光譜波段的目標(biāo)輻射成像在長(zhǎng)波紅外探測(cè)器和中波紅外探測(cè)器上。該紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)，主光路為長(zhǎng)波紅外光路，折轉(zhuǎn)光路為中波紅外光路，主光路從光束入射方向依次排布包括主鏡，次鏡，準(zhǔn)直鏡I，準(zhǔn)直鏡2，分光鏡，長(zhǎng)波校正鏡I，濾光片，長(zhǎng)波校正鏡2，長(zhǎng)波校正鏡3，長(zhǎng)波校正鏡4，長(zhǎng)波校正鏡5，長(zhǎng)波探測(cè)器組件，折轉(zhuǎn)光路從光束入射方向依次排布包括主鏡，次鏡，準(zhǔn)直鏡I，準(zhǔn)直鏡2，分光鏡，中波校正鏡1，中波校正鏡2，中波校正鏡3，中波轉(zhuǎn)折反射鏡，中波校正鏡4，中波校正鏡5，中波探測(cè)器組件。主鏡具有負(fù)光焦度，次鏡具有負(fù)光焦度，準(zhǔn)直鏡I具有正光焦度，準(zhǔn)直鏡2具有正光焦度，長(zhǎng)波校正鏡I具有負(fù)光焦度，長(zhǎng)波校正鏡2具有正光焦度，長(zhǎng)波校正鏡3具有正光焦度，長(zhǎng)波校正鏡4具有正光焦度，長(zhǎng)波校正鏡5具有正光焦度；中波校正鏡I具有正光焦度，中波校正鏡2具有負(fù)光焦度，中波校正鏡3具有負(fù)光焦度，中波校正鏡4具有正光焦度，中波校正鏡5具有負(fù)光焦度，紅外探測(cè)器均采用制冷型紅外探測(cè)器，所述的紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)中長(zhǎng)波紅外光路中使用了鍺和砸化鋅兩種光學(xué)材料，中波紅外光路中使用了硅、鍺和硫化鋅三種光學(xué)材料，本發(fā)明的紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊、重量輕、成像質(zhì)量好、可在較寬溫度內(nèi)工作等優(yōu)點(diǎn)。
[0010]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、本發(fā)明的一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)采用共用四個(gè)元件完成紅外雙波段成像，有效減輕了系統(tǒng)重量，減小了系統(tǒng)尺寸。
[0012]2、本發(fā)明的一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)比較緊湊。
[0013]3、本發(fā)明的一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)中的除硅外的所有光學(xué)元件均可以利用金剛石車(chē)床車(chē)削加工，加工精度高。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)的光路示意圖。
[0015]圖2為長(zhǎng)波紅外系統(tǒng)不同溫度下的MTF曲線(xiàn)示意圖，其中，圖(a)為20°C時(shí)長(zhǎng)波紅外系統(tǒng)的MTF曲線(xiàn)，圖(b)為10°C時(shí)長(zhǎng)波紅外系統(tǒng)的MTF曲線(xiàn)，圖(c)為40°C時(shí)長(zhǎng)波紅外系統(tǒng)的MTF曲線(xiàn)；
[0016]圖3為中波紅外系統(tǒng)不同溫度下的MTF曲線(xiàn)示意圖，其中，圖(a)為20°C時(shí)中波紅外系統(tǒng)的MTF曲線(xiàn)，圖(b)為10°C時(shí)中波紅外系統(tǒng)的MTF曲線(xiàn)，圖(c)為40°C時(shí)中波紅外系統(tǒng)的MTF曲線(xiàn)。
[0017]圖1標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1_主鏡、2_次鏡、3_準(zhǔn)直鏡1、4_準(zhǔn)直鏡2、5_分光鏡、6_長(zhǎng)波校正鏡1、7-濾光片、8-長(zhǎng)波校正鏡2、9-長(zhǎng)波校正鏡3、10-長(zhǎng)波校正鏡4、11-長(zhǎng)波校正鏡5、12-長(zhǎng)波探測(cè)器組件、13-中波校正鏡1、14-中波校正鏡2、15-中波校正鏡3、16-中波轉(zhuǎn)折反射鏡、17-中波校正鏡4、18-中波校正鏡5、19-中波探測(cè)器組件。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，本發(fā)明提出了一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)，為減輕系統(tǒng)重量和減小系統(tǒng)體積，該紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)，共用4個(gè)光學(xué)元件，即主鏡1，次鏡2，準(zhǔn)直鏡1，準(zhǔn)直鏡2，分光鏡5為45度傾斜放置的透鏡，通過(guò)在分光鏡5的前表面鍍膜實(shí)現(xiàn)紅外雙波段分光，長(zhǎng)波校正鏡1、長(zhǎng)波校正鏡2、長(zhǎng)波校正鏡3、長(zhǎng)波校正鏡4、長(zhǎng)波校正鏡5用來(lái)校正長(zhǎng)波紅外支路中共用元件校正后在長(zhǎng)波紅外波段的剩余像差，濾光片7用來(lái)實(shí)現(xiàn)濾掉不需要波段的光譜，中波校正鏡1、中波校正鏡2、中波校正鏡3、中波校正鏡4、中波校正鏡5用來(lái)校正中波紅外支路中共用元件校正后在中波紅外波段的剩余像差，中波轉(zhuǎn)折反射鏡16為45度傾斜放置的平面反射鏡，用來(lái)折轉(zhuǎn)光線(xiàn)，起到減小系統(tǒng)體積的作用。
[0019]該紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊、重量輕、成像質(zhì)量好、可在較寬溫度內(nèi)工作等優(yōu)點(diǎn)。
[0020]所述的一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)，其特征在于，紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)的主鏡，次鏡，準(zhǔn)直鏡1，準(zhǔn)直鏡2為共用光學(xué)元件。
[0021]所述的一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)，其特征在于，紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)的主鏡面型為拋物面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在0.4?0.5之間。
[0022]所述的一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)，其特征在于，紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)的次鏡面型為高次非球面，其焦距和系統(tǒng)總焦距的比值在0.1?0.2之間。
[0023]所述的一種紅外雙波段共孔徑折反射成像系統(tǒng)，其特征在于，紅外雙波