空间大口径压缩光束中继扫描成像光学系统技术方案

空间大口径压缩光束中继扫描成像光学系统，主要由无焦望远系统、扫描装置以及聚焦系统组成，所述的无焦望远系统由抛物面主反射镜Ｍ１、凸双曲面次反射镜Ｍ２组成的物镜系统和中继反射镜Ｍ３组成，Ｍ３的物方焦点与物镜系统的像方焦点重合；无焦望远系统收集地面目标的辐射光束，并对入射光束的口径进行压缩以后再以平行光的形式出射，出射光束经过扫描装置扫描以后进入后面的聚焦成像系统成像。本发明专利技术适合空间应用的大口径（量级为米）压缩光束扫描成像系统，避免了大口径扫描镜的制备、加工和控制的难题，而且环境适应性强，适合空间应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间光学遥感器光学
，涉及一种空间大口径 压缩光束多光谱成像光学成像系统。技术背景空间红外成像技术作为空间遥感信息获取的 一种手段，在空间信 息获取方面具有非常重要的价值。常见的应用于空间成像的红外光学 系统主要可以分为面阵凝视成像、推扫式成像和短线阵扫描式成像三 大类，目前受制于红外焦平面探测器技术和大制冷量制冷技术的制 约，国内外应用于空间红外成像的光学系统以短线阵扫描式成^f象方式 居多。应用于空间红外成像的扫描式成像系统主要采用物方扫描的形 式，这种成像光学系统采用较短的红外线阵探测器，如图l所示，通 过在小视场的望远系统前面的光路里加入扫描部件，通过扫描部件进 行穿越平台飞行方向的扫描，并借助于平台的运动来获取地物目标的 二维图像。但是，随着对较高分辨率的空间红外成像系统的需求不断增加， 必然要求空间红外成像光学系统的口径也随之增大。使物方扫描成像 系统的扫描部件口径也相应增加。从而带来了大口径扫描部件的加 工、制备和控制难题，以及系统整体的研制难度。应用于地面上的前视红外系统(FLIR )通过透射式的光学系统实现小口径(量级为厘米)的光束压缩和大视场的扫描，但是适应性差， 对环境的要求高，很难实现大口径光学系统的压缩和扫描，而且透射 式的光学系统很难实现多谱段扫描成像，不适应空间应用。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种适合 空间应用的大口径(量级为米)压缩光束扫描成像系统，从而避免了 大口径扫描镜的制备、加工和控制的难题，而且环境适应性强，适合 空间应用。本专利技术解决的技术问题还包括实现了大口径压缩光束的多i普段 扫描成像。本专利技术的技术解决方案空间大口径压缩光束中继扫描成像光学 系统，其特征在于它主要由无焦望远系统、扫描装置以及聚焦系统 组成，所述的无焦望远系统由主反射镜M1、次反射镜M2組成的物 镜系统和中继反射镜M3组成，中继反射镜M3的物方焦点与物镜系 统的像方焦点重合；无焦望远系统收集地面目标的辐射光束，并对入 射光束的口径进行压缩以后再以平行光的形式出射，出射光束经过扫 描装置扫描以后进入后面的聚焦成像系统成像。根据语段的情况，本专利技术的光学系统还可以设置分色装置，接收 扫描装置扫描后的平行光束进行语段划分，不同譜、歐的光束进入相应 的聚焦系统成像。所述的主反射镜M1为抛物面或椭球面反射镜，所述的次反射镜 M2为凸双曲面反射镜。当所述的无焦望远系统的物镜系统的焦距为fp中继反射镜M3 的焦距为f2，聚焦系统的焦距为fs时，则无焦望远系统的光束压缩比 为M-Vfz,整个光学系统的焦距f-Mxf;j。所述的无焦望远系统入瞳设置在主反射镜M1上，所述的扫描装 置由平面扫描镜和驱动电机组成，平面扫描镜位于无焦望远系统的出 瞳处；此时，所述的平面扫描镜的光学口径为主反射镜M1 口径的1/M， 其中M为无焦望远系统的光束压缩比。本专利技术与现有技术相比的优点(1 )本专利技术的大口径(量级为米)压缩光束扫描成像系统，通 过无焦望远系统收集地面目标的辐射光束，并对入射光束的口径进行 压缩以后再以平行光的形式出射，扫描部件的所需的有效通光口径降 低为1/M (其中M为无焦望远系统中物镜系统的焦距与中继反射镜 的焦距之比)从而避免了大口径扫描镜的制备、加工和控制的难题， 而且环境适应性强，适合空间应用。(2) 本专利技术的成像系统的分色装置，对接收扫描装置扫描后的 平行光束进行语段划分，实现了多语段聚焦成像。(3) 在同样的物方扫描精度下，本专利技术对扫描部件的扫描线性 度和可重复度的要求仅为物方扫描系统的1/M，降低了扫描系统的技 术要求；(4) 与小口径的前视红外系统相比较而言，空间大口径压缩光 束中继扫描成像光学系统不仅实现了大口径的压缩光束，避免了大口 径红外光学材料的制备和加工难题；而且对环境的适应性强，能应用于空间。(5 )反射式无焦望远系统对空间温度及其它环境因素影响相对 折射式系统而言不敏感，降低了空间红外成像系统对遥感器温控系统 的要求；(6) 反射式无焦望远系统无色差，而且经无焦望远系统出射的 光束为平行光，有利于后续的分光设计，从而可以实现红外多谱段成 像；(7) 本专利技术既可以应用于空间大口径红外扫描成像系统，通过 较短线阵探测器阵列来实现较大视场的成像，也可以用于空间稳像和 像移补偿等用途。附图说明图1现有^R术物方扫描成像方案示意图； 图2本专利技术空间大口径压缩光束中继扫描成像光学系统示意图。具体实施方式本专利技术属于空间光学遥感器光学设计
空间大口径压缩 光束中继扫描成像光学系统，依次由大视场无焦望远系统、中间的摆 动扫描部件、分色装置以及后续的聚焦系统四部分组合而成。无焦望 远系统的作用就是收集地面目标的辐射光束，并对入射光束的口径进 行压缩以后再以平行光的形式出射，出射光束经过放置于无焦望远系 统出瞳处的扫描才几构扫描以后进入后面的聚焦成像系统成像。扫描部 件的光学口径以及扫描线性度约等于图1中物方扫描成像光学系统 的1/M，其中M为无焦望远系统的光束压缩比。在空间成像红外光学系统口径相同的情况下，本专利技术所采用的压缩光束中继扫描成像所 需的扫描部件有效口径以及扫描线性度均为物方扫描成像系统的1/M，从而较大幅度的降低空间红外扫描成像光学系统的研制难度； 分色装置用于实现谱段的划分，根据实际情况可有可无，当入射光束 的镨段较宽，需要进^^'j分时，就可以设置分色装置实现对扫描以后 的平行光束进行谱段划分，并分别进入相应谱段的聚焦系统进行成 像。无焦望远系统采用反射式的结构，具有成像谱段宽，材料制备、 加工简单、对空间环境适用性较强的特点；无焦望远系统所出射的压 缩平行光束，有利于系统成像语段的扩展。本专利技术还可以应用于空间 成像系统的稳像、以及光学像移补偿等应用领域。如图2所示，M1为抛物面主反射镜，M2为凸双曲面次反射镜， 反射镜M1 、 M2组成物镜系统。反射镜M3的物方焦点与物镜系统的 像方焦点F重合，这样，反射镜M3与其前面的物镜系统就构成了一 个无焦望远系统；光学系统入瞳设置在主反射镜M1上，由平面扫描 镜和驱动电机所组成的线性扫描装置位于无焦望远系统的出瞳处；来 之地面景物的不同视场的成像光束入射到无焦望远系统，经过无焦望 远系统对光束进行压缩M倍之后，又以平行光束的形式到达扫描镜 装置；扫描镜装置的作用是把来之不同视场的压缩光束扫描指向进入 后面的分色片(即分色装置)；来之景物的宽语段成像光束经分色片 分成多个子谱段，最后不同子谱段的成像光束进入聚焦成像系统；聚 焦成像系统由正光焦度的透镜组利用二次成傳_原理组成，实现压缩光 束的聚焦成像。实现无焦望远系统的出瞳与探测器杜瓦窗口的位置和尺寸的匹配。本专利技术的成像系统主要包括大口径反射式无焦望远系统、扫描装 置、聚焦系统。当入射光束语段较宽时，还包括分色装置，进行多镨段成像。如果无焦望远系统的前组物镜(由M1和M2组成)焦距为 f!,后组物镜(M3)的焦距为f2，聚焦透镜组的焦距为f3;则无焦望 远系统的光速压缩比为M = 1Vf2，整个空间大口径压缩光束中继扫描 成像系统的焦距由无焦望远系统的光束压缩比和后续的聚焦成像的 焦距fs确定，即系统焦距f-Mxf3。相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
空间大口径压缩光束中继扫描成像光学系统，其特征在于：它主要由无焦望远系统、扫描装置以及聚焦系统组成，所述的无焦望远系统由主反射镜Ｍ１、次反射镜Ｍ２组成的物镜系统和中继反射镜Ｍ３组成，中继反射镜Ｍ３的物方焦点与物镜系统的像方焦点重合；无焦望远系统收集地面目标的辐射光束，并对入射光束的口径进行压缩以后再以平行光的形式出射，出射光束经过扫描装置扫描以后进入后面的聚焦成像系统成像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱民朴，王世涛，马文坡，聂云松，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]