一种“四光合一”的光谱分光结构制造技术

本发明专利技术公开了一种“四光合一”的光谱分光结构，用于将远距离目标的可见、近红外、中波红外、长波红外4个光学谱段同时成像在相应的探测器上，实现对目标的可靠探测和充分识别。整个光路具体有三大部分组成，主光学系统第一次成像；分色镜和反射镜进行光谱分光和光路折转；各谱段后成像光学实现各谱段二次成像。本发明专利技术实现了四个谱段的分光方式和结构布局，具有结构紧凑，镀膜工艺成熟、分光效率高；系统各谱段光学透过率高、成像质量好、系统易维护的特点。

A Spectroscopic Structure of \Four Photosynthesis One\

【技术实现步骤摘要】
一种“四光合一”的光谱分光结构
本专利技术属于光电探测领域，具体涉及一种“四光合一”的光谱分光结构。
技术介绍
在靶场光测领域中，为了保证对远距离目标的可靠探测和充分识别，提出了共用大口径主光学系统以保证探测能力和高分辨率成像，利用可见光、近红外、中波红外、长波红外多谱段联合探测以保证探测可靠和目标识别的技术需求。对于共用主镜并拥有可见、近红外、中波红外、长波红外4个光学谱段同时成像探测的光学系统，称之为“四光合一”的光学系统。在靶场光测设备俯仰旋转有限的结构空间内，要实现“四光合一”的光学系统，其光谱分光的分光方式及结构布局非常重要。目前国内外对于多光谱光学系统的研究也多有涉及，但为了降低难度，一般采用多个光学系统独立的结构形式；即使有共用主镜的光学系统，也很少以上所述的4个光学谱段全部拥有。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种“四光合一”的光谱分光结构，实现了四个谱段的分光方式和结构布局，具有结构紧凑，镀膜工艺成熟、分光效率高；系统各谱段光学透过率高、成像质量好、易维护的特点。本专利技术采用的技术方案为：一种“四光合一”的光谱分光结构，包括主光学系统17、第一分色镜2、第三分色镜4、第二分色镜11、场镜9、补偿镜12、第三反射镜5、第四反射镜7、第一反射镜10、第二反射镜15和后成像光学结构，其中，所述的主光学系统17包括主镜3和次镜1；所述的分色镜包括第一分色镜2、第二分色镜11和第三分色镜4；所述的反射镜包括第一反射镜10、第二反射镜15、第三反射镜5和第四反射镜7；所述的后成像光学结构包括准直镜组14、可见光物镜组16、近红外物镜组13、中波物镜组8和长波物镜组6。其中主镜3和次镜1、第一分色镜2、第三分色镜4和第四反射镜7在同一光轴上，主镜3和次镜1形成卡塞格林结构形式；第一分色镜2位于主镜3和次镜1之间，与光轴夹角30°(X-Z)，反射可见光光线和近红外光线到场镜9，透射中波红外光线和长波红外光线到第三分色镜4；第三分色镜4位于主镜3后及主镜3、次镜1形成的第一像面前，与光轴夹角30°(Y-Z)，反射长波红外光线到第三反射镜5，透射中波红外光线到第四反射镜7；第四反射镜7位于主镜3、次镜1形成的第一像面后，将中波红外光线反射到中波物镜组8，形成中波红外像面；长波红外光线经第三反射镜5折转后，进入长波物镜组6，形成长波红外像面；其中第一反射镜10、第二分色镜11、补偿镜12和近红外物镜组13在同一光轴上；第一反射镜10与第一分色镜2平行放置，接收第一分色镜2反射过来且透过场镜9的可见光光线和近红外光线，使出射光线平行于主镜3、次镜1形成的光轴；第二分色镜11接收第一反射镜10反射来的可见光光线和近红外光线，与光轴夹角30°(Y-Z)，将可见光光线反射到准直镜组14，透射近红外通过补偿镜12进入近红外物镜组13，形成近红外像面；可见光光线透过准直镜组14形成平行光，经第二反射镜15折转后进入可见光物镜组16，形成可见光像面。所述的场镜9垂直于第一分色镜2的反射光线，位于主镜3入射光线外且主镜3、次镜1形成的第一像面附近；较佳的，所述的第一分色镜2和第三分色镜4材料选用锗；较佳的，所述的第二分色镜11材料选用硒化锌；较佳的，所述的场镜9材料选用石英。本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术的一种“四光合一”的光谱分光结构，具体有三大部分组成。第一部分由主镜3、次镜1组成，形成第一次成像；第二部分由第一分色镜2、第三分色镜4、第二分色镜11和第三反射镜5、第四反射镜7、第一反射镜10、第二反射镜15组成，主要进行光谱分光和光路折转；第三部分由各谱段后成像光学(包括长波物镜组6、中波物镜组8、近红外物镜组13、准直镜组14、可见光物镜组16)组成，实现各谱段二次成像。通过光路折叠和折转实现系统外形尺寸缩减，也可以保证中、长波红外冷栏匹配。(2)本专利技术的光谱分光方式，镀膜工艺成熟，膜系寿命易保证。(3)本专利技术中的分色镜采用与光轴尽量小的夹角(如30°)，利于镀膜分光效率的提高和系统光学成像质量的保证。(4)本专利技术中的第三分色镜4，对中、长波红外光线分光，又可对第一分色镜2造成中波波段的中心像散进行补偿，镜片数量少，易保证中波红外透过率。(5)本专利技术长波光线在分光过程中透过的镜片少、光路短，利于保证长波红外透过率。(6)本专利技术第一分色镜2和场镜9又可作为密封窗口，将中、长波红外和可见光、近红外二次成像物镜进行密封，易于系统光学系统维护。附图说明图1为本专利技术一种“四光合一”光谱分光结构总图。图中：1为次镜，2为第一分色镜，3为主镜，4为第三分色镜，5为第三反射镜，6为长波物镜组，7为第四反射镜，8为中波物镜组，9为场镜，10为第一反射镜，11为第二分色镜，12为补偿镜，13为近红外物镜组，14为准直镜组，15为第二反射镜，16为可见光物镜组。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术进行详细描述。本专利技术一种“四光合一”的光谱分光结构，如图1所示。具体有三大部分组成。第一部分由主镜3、次镜1组成，形成第一次成像；第二部分由第一分色镜2、第三分色镜4、第二分色镜11和第三反射镜5、第四反射镜7、第一反射镜10、第二反射镜15组成，主要进行光谱分光和光路折转；第三部分由各谱段后成像光学结构(包括长波物镜组6、中波物镜组8、近红外物镜组13、准直镜组14、可见光物镜组16)组成，实现各谱段二次成像。入射光束经主镜3、次镜1到第一分色镜2进行第一次光谱分光，实现透射中波红外和长波红外光线，反射可见光和近红外光线；第一分色镜2反射的可见光和近红外光线透过场镜9，经第一反射镜10进行光路折转，到第二分色镜11实现可见光和近红外光谱分光，透射近红外光线，反射可见光光线；第二分色镜11透射的近红外光线透过补偿镜12，进入近红外物镜组13，形成近红外像面；第二分色镜11反射的可见光光线透过准直镜组14，形成平行光线，经第二反射镜15折转光路后，进入可见光物镜组16，形成可见光像面；第一分色镜2透射的中波红外和长波红外光线，到第三分色镜4实现中波红外和长波红外光谱分光，透射中波红外光线，反射长波红外光线；第三分色镜4透射的中波红外光线经第四反射镜7折转后，进入中波物镜组8，形成中波红外像面；第三分色镜4反射的长波红外光线经第三反射镜5折转后，进入长波物镜组6，形成长波红外像面。系统工作波段可见光为0.5～0.8μm，近红外为0.9～1.7μm，中波为3.7～4.8μm，长波为7.7～10μm，可以实现四个波段的探测器在各自像面同时成像。第一分色镜2和第三分色镜4材料选用折射率高的锗，第一分色镜2、第三分色镜4与光轴的夹角尽量小(如30°)，利于提高镀膜分光效率和系统成像质量。第三分色镜4与第一分色镜2倾斜方向绕光轴相错90°，可以补偿有第一分色镜2造成中波波段的中心像散。第二分色镜11和补偿镜12材料选用硒化锌，与光轴的夹角尽量小(如30°)，补偿镜12与第二分色镜11倾斜方向绕光轴相错90°，利于提高镀膜分光效率和近红外成像质量。场镜9材料选用石英，材料性能稳定，可作为密封窗口用。本专利技术一种“四光合一”的光谱分光结构，实现了四个谱段的分光方式和结构布局，具有结构紧凑，镀膜工艺成熟、分光效率高；系统各谱段光学透过率高、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种“四光合一”的光谱分光结构，其特征在于：包括主光学系统(17)、第一分色镜(2)、第三分色镜(4)、第二分色镜(11)、场镜(9)、补偿镜(12)、第三反射镜(5)、第四反射镜(7)、第一反射镜(10)、第二反射镜(15)和后成像光学结构，其中：所述的主光学系统(17)包括主镜(3)和次镜(1)；所述的分色镜包括第一分色镜(2)、第二分色镜(11)和第三分色镜(4)；所述的反射镜包括第一反射镜(10)、第二反射镜(15)、第三反射镜(5)和第四反射镜(7)；所述的后成像光学结构包括准直镜组(14)、可见光物镜组(16)、近红外物镜组(13)、中波物镜组(8)和长波物镜组(6)；其中主镜(3)、次镜(1)、第一分色镜(2)、第三分色镜(4)和第四反射镜(7)在同一光轴上，主镜(3)和次镜(1)形成卡塞格林结构形式；第一分色镜(2)位于主镜(3)和次镜(1)之间，与光轴夹角30°(X‑Z)，反射可见光光线和近红外光线到场镜(9)，透射中波红外光线和长波红外光线到第三分色镜(4)；第三分色镜(4)位于主镜(3)后及主镜(3)、次镜(1)形成的第一像面前，与光轴夹角30°(Y‑Z)，反射长波红外光线到第三反射镜(5)，透射中波红外光线到第四反射镜(7)；第四反射镜(7)位于主镜(3)、次镜(1)形成的第一像面后，将中波红外光线反射到中波物镜组(8)，形成中波红外像面；长波红外光线经第三反射镜(5)折转后，进入长波物镜组(6)，形成长波红外像面；其中第一反射镜(10)、第二分色镜(11)、补偿镜(12)和近红外物镜组(13)在同一光轴上；第一反射镜(10)与第一分色镜(2)平行，接收第一分色镜(2)反射过来且透过场镜(9)的可见光光线和近红外光线，使出射光线平行于主镜(3)、次镜(1)形成的光轴；第二分色镜(11)接收第一反射镜(10)反射来的可见光光线和近红外光线，与光轴夹角30°(Y‑Z)，将可见光光线反射到准直镜组(14)，透射近红外光线通过补偿镜(12)进入近红外物镜组(13)，形成近红外像面；可见光光线透过准直镜(14)组形成平行光，经第二反射镜(15)折转后进入可见光物镜组(16)，形成可见光像面。...

【技术特征摘要】
1.一种“四光合一”的光谱分光结构，其特征在于：包括主光学系统(17)、第一分色镜(2)、第三分色镜(4)、第二分色镜(11)、场镜(9)、补偿镜(12)、第三反射镜(5)、第四反射镜(7)、第一反射镜(10)、第二反射镜(15)和后成像光学结构，其中：所述的主光学系统(17)包括主镜(3)和次镜(1)；所述的分色镜包括第一分色镜(2)、第二分色镜(11)和第三分色镜(4)；所述的反射镜包括第一反射镜(10)、第二反射镜(15)、第三反射镜(5)和第四反射镜(7)；所述的后成像光学结构包括准直镜组(14)、可见光物镜组(16)、近红外物镜组(13)、中波物镜组(8)和长波物镜组(6)；其中主镜(3)、次镜(1)、第一分色镜(2)、第三分色镜(4)和第四反射镜(7)在同一光轴上，主镜(3)和次镜(1)形成卡塞格林结构形式；第一分色镜(2)位于主镜(3)和次镜(1)之间，与光轴夹角30°(X-Z)，反射可见光光线和近红外光线到场镜(9)，透射中波红外光线和长波红外光线到第三分色镜(4)；第三分色镜(4)位于主镜(3)后及主镜(3)、次镜(1)形成的第一像面前，与光轴夹角30°(Y-Z)，反射长波红外光线到第三反射镜(5)，透射中波红外光线到第四反射镜(7)；第四反射镜(7)位于主镜(3)、次镜(1)形成的第一像面后，将中波红外光线反射到中波物镜组(8)，形成中波红外像面；长波红外光线经第三反射镜(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜俊峰，周建伟，张殷华，王中科，温正明，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51