一种红外光学系统及光学设备技术方案

技术编号:20361313 阅读:21 留言:0更新日期:2019-02-16 15:51
本发明专利技术提供了一种红外光学系统及光学设备,采用同轴折反射式光学结构,可实现中波或长波红外波段长焦距、大相对孔径成像,并显著提高了红外光学系统的探测能力,另外,利用高陡度大数值孔径主镜、大倍率无焦光路和“发髻式”光路布局,实现大口径长焦距红外光学系统的小型化,光学系统光轴方向厚度仅为焦距的0.20~0.60。

【技术实现步骤摘要】
一种红外光学系统及光学设备
本专利技术涉及红外光学探测领域,特别涉及一种红外光学系统及光学设备。
技术介绍
红外光学系统具有环境适应性好、隐蔽性高、抗干扰能力强等优点,广泛应用于军事、医疗、安防、电力、遥感以及工业等各个领域中,随着红外光学系统的应用越来越多,对红外成像系统的设计也提出了更高的要求。为了提高红外光学系统探测能力可采取三种措施:一是采用高灵敏度的制冷型红外探测器;二是增加红外光学系统的有效口径;三是提高红外光学系统的透过率。因此,具有高分辨率、高灵敏度的红外光学系统要求使用制冷型探测器和大口径、长焦距的光学系统。然而,制冷红外型探测器的组件如制冷杜瓦组件体积较大,并且用于制冷型红外探测器的光学系统的孔径光阑的位置固定,不利于光学系统体积的缩小和光路的缩短。同时,大口径、长焦距的光学系统同样不利于光学系统的小型化。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种红外光学系统及光学设备,采用同轴折反射式光学结构,可实现中波或长波红外波段长焦距、大相对孔径成像,并显著提高了红外光学系统的探测能力。第一方面,本专利技术提供一种红外光学系统,所述系统包括沿同一光轴设置的主镜、次镜、准直镜组、调焦镜组以及中继镜组,所述主镜的反射面与所述次镜的反射面相对排布,所述主镜的中心处设有中心孔,所述准直镜组位于所述中心孔内,在所述准直镜组和所述调焦镜组之间还设有同轴折反射式光学结构,所述同轴折反射式光学结构包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜以及第四反射镜,所述第一反射镜和所述第二反射镜的转轴相互垂直,目标热辐射到达所述主镜,经所述主镜、所述次镜反射形成第一像面,再经过所述准直镜组后形成缩束平行光束,所述缩束平行光束经过第一反射镜反射,完成水平方向90°折转,再经过第二反射镜反射,完成垂直方向90°折转,折转后的缩束平行光束经过所述调焦镜组和第三反射镜,完成光束水平方向90°折转聚焦,使得目标成像在第二像面上,再由第四反射镜反射,完成光束水平方向90°折转抵达所述中继镜组,由所述中继镜组将第二像面上的目标转像。可选地,主镜为凹非球面反射镜,次镜为凸非球面反射镜,所述主镜的反射面和所述次镜的反射面是标准二次曲面或高次非球面。可选地,所述主镜或所述次镜的材料为铝、碳化硅、铍、铍铝、微晶玻璃。可选地,所述主镜的和所述次镜的反射面的面形相同或不同。可选地,所述第一反射镜为方位方向像移补偿反射镜且转动角度为≤1°;第二反射镜为俯仰方向像移补偿反射镜且转动角度为≤1°;可选地,所述准直透镜的材料为硅、锗或硫系玻璃制成,所述准直透镜的前后表面为球面或二次曲面;所述调焦透镜的材料为硅、锗或硫系玻璃制成,所述调焦透镜的前后表面为球面或二次曲面;每个中继透镜为硅、锗或硫系玻璃制成,中继透镜的前后表面可为球面或二次曲面。可选地,还包括焦平面探测器,所述焦平面探测器包括窗口、冷阑以及焦平面阵列,所述冷阑放置在所述窗口和所述焦平面阵列之间,由中继镜组将第二像面上的目标转像,通过所述窗口和所述冷阑,重新聚焦焦平面阵列上,所述焦平面阵列与第三像面重合。可选地,所述焦平面探测器采用制冷型探测器。可选地,所述主镜、次镜和准直镜组构成无焦光路,所述调焦镜组和所述中继镜组构成成像光路。第二方面,本专利技术还提供一种光学设备,具有上述的红外光学系统。从以上技术方案可以看出,本专利技术实施例具有以下优点:本专利技术提供了一种红外光学系统及光学设备,采用同轴折反射式光学结构,可实现中波或长波红外波段长焦距、大相对孔径成像,并显著提高了红外光学系统的探测能力,另外,利用高陡度大数值孔径主镜、大倍率无焦光路和“发髻式”光路布局,实现大口径长焦距红外光学系统的小型化,光学系统光轴方向厚度仅为焦距的0.20~0.60。附图说明图1为本专利技术第一实施例中的红外中波光学系统的同轴折反射光学系统结构示意图。图2为本专利技术第一实施例中的红外中波光学系统的光学系统主镜正板方向图;图3为本专利技术第一实施例中的红外中波光学系统的光学系统主镜背板方向图。图4为本专利技术第一实施例中的红外中波光学系统在中波波段的MTF曲线示意图。图5为本专利技术第一实施例中的红外长波光学系统的同轴折反射光学系统结构示意图。图6为本专利技术第一实施例中的红外长波光学系统在长波波段的MTF曲线示意图。图中:1为主镜;2为次镜;3为第一像面;4为准直镜组;R1为第一反射镜;R2为第二反射镜;R3为第三反射镜;R4为第四反射镜;5为调焦镜组;6为第二像面;7为中继镜组;8为焦平面探测器;81为窗口;82为冷阑;83为焦平面阵列。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本专利技术提供第一和第二实施例,结合图1、2、3、4、5和6所示。本专利技术提供一种红外光学系统,所述系统包括沿同一光轴设置的主镜1、次镜2、准直镜组4、调焦镜组5以及中继镜组7,所述主镜1、次镜2和准直镜4组构成无焦光路,所述调焦镜组5和所述中继镜7组构成成像光路,所述主镜1的反射面与所述次镜2的反射面相对排布,所述主镜1的中心处设有中心孔,所述准直镜组4位于所述中心孔内,在所述准直镜组4和所述调焦镜组5之间还设有同轴折反射式光学结构,所述同轴折反射式光学结构包括第一反射镜R1、第二反射镜R2、第三反射镜R3以及第四反射镜R4,第一反射镜R1、第二反射镜R2、第三反射镜R3以及第四反射镜R4互成45°角放置,所述第一反射镜R1和所述第二反射镜R2的转轴相互垂直。来自物方的光束经主镜1反射后入射到次镜2上,由次镜2反射聚焦,使得目标成像在第一像面3上;再经过准直镜组4后形成缩束平行光束;缩束平行光束首先经过第一反射镜R1反射,实现水平方向90°折转;再经第二反射镜R2反射,实现垂直方向90°折转。所述第一反射镜和第二反射镜的转轴相互垂直;而后,折转后的平行光束经过调焦镜组5和第三反射镜R3,实现光束水平方向90°折转聚焦,使得目标成像在第二像面6上;再由第四反射镜R4反射,实现光束水平方向90°折转抵达中继透镜组7,由中继镜组7将第二像面6上的目标转像,通过焦平面探测器8的窗口81和冷阑82,重新聚焦在焦平面阵列上83,焦平面阵列83与第三像面重合。系统所有光学元件布置在同一光轴上,主镜1的反射面与次镜2的反射面相对排布,主镜1和次镜2构成前组卡塞格林式光学系统,准直透镜组4放置在主镜1的中心孔内,准直镜组4后光本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种红外光学系统,其特征在于,所述系统包括沿同一光轴设置的主镜、次镜、准直镜组、调焦镜组以及中继镜组,所述主镜的反射面与所述次镜的反射面相对排布,所述主镜的中心处设有中心孔,所述准直镜组位于所述中心孔内,在所述准直镜组和调焦镜组之间、调焦镜组与中继镜组之间还设有同轴折反射式光学结构,所述同轴折反射式光学结构包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜以及第四反射镜,所述第一反射镜和所述第二反射镜的转轴相互垂直,目标热辐射到达所述主镜,经所述主镜、所述次镜反射形成第一像面,再经过所述准直镜组后形成缩束平行光束,所述缩束平行光束经过第一反射镜反射,完成水平方向90°折转,再经过第二反射镜反射,完成垂直方向90°折转,折转后的缩束平行光束经过所述调焦镜组和第三反射镜,完成光束水平方向90°折转聚焦,使得目标成像在第二像面上,再由第四反射镜反射,完成光束水平方向90°折转抵达所述中继镜组,由所述中继镜组将第二像面上的目标转像。

【技术特征摘要】
1.一种红外光学系统,其特征在于,所述系统包括沿同一光轴设置的主镜、次镜、准直镜组、调焦镜组以及中继镜组,所述主镜的反射面与所述次镜的反射面相对排布,所述主镜的中心处设有中心孔,所述准直镜组位于所述中心孔内,在所述准直镜组和调焦镜组之间、调焦镜组与中继镜组之间还设有同轴折反射式光学结构,所述同轴折反射式光学结构包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜以及第四反射镜,所述第一反射镜和所述第二反射镜的转轴相互垂直,目标热辐射到达所述主镜,经所述主镜、所述次镜反射形成第一像面,再经过所述准直镜组后形成缩束平行光束,所述缩束平行光束经过第一反射镜反射,完成水平方向90°折转,再经过第二反射镜反射,完成垂直方向90°折转,折转后的缩束平行光束经过所述调焦镜组和第三反射镜,完成光束水平方向90°折转聚焦,使得目标成像在第二像面上,再由第四反射镜反射,完成光束水平方向90°折转抵达所述中继镜组,由所述中继镜组将第二像面上的目标转像。2.根据权利要求1所述的红外光学系统,其特征在于,主镜为凹非球面反射镜,次镜为凸非球面反射镜,所述主镜的反射面和所述次镜的反射...

【专利技术属性】
技术研发人员:张新史广维付强
申请(专利权)人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
类型:发明
国别省市:吉林,22

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