共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统，从物方到像方，依次包括离轴四反无焦系统、分光组和红外双波段定焦后组；离轴四反无焦系统包括四个光学元件，分光组包括可分别切入切出光路的三个分光镜；光束通过离轴四反无焦系统的四个光学元件后入射分光组切入光路的不同分光镜，再经过红外双波段定焦后组到达探测器靶面，分别形成中波红外窄视场和长波红外宽视场组合成像、中波红外宽视场和长波红外窄视场组合成像、中波红外和长波红外窄视场组合成像；分光组无分光镜切入光路时，长波、中波红外经红外双波段定焦后组透射到达探测器靶面，形成中波红外和长波红外宽视场组合成像。外宽视场组合成像。外宽视场组合成像。

【技术实现步骤摘要】
共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统。

技术介绍

[0002]现有技术中，红外双波段光学系统成像体制大部分基于传统红外系统的定焦或变焦结构形式，中波红外和长波红外只能同时以某一相同视场成像，不能实现双波段不同视场组合成像，例如：中国专利申请《共光路红外双波段共焦面变焦光学系统》(专利公布号CN103197407A)提出了一种焦距460mm/153mm/46mm三档变焦，适配320
×
256 30微米F2.5制冷型中长波红外双色探测器；中国文献《制冷红外双波段变焦光学系统设计》(长春理工大学学报(自然科学版)，2020，43(04)：25-30)公开的光学系统，其采用焦平面阵列为320
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256，像元尺寸为30μm的中长波双波段红外制冷型探测器同时接收中长波段的红外辐射，焦距80～240mm内连续变化，视场角1.4
°
～4.4
°
，F数为2.2。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是，提供一种共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统，在维持红外双波段探测系统紧凑性的同时，实现中波红外和长波红外不同宽视场、窄视场组合成像。
[0004]本专利技术为达目的所采用的技术方案是：
[0005]本专利技术提供一种共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统，从物方到像方，依次包括离轴四反无焦系统、分光组和红外双波段定焦后组；
[0006]离轴四反无焦系统包括四个光学元件，分光组包括可分别切入切出光路的三个分光镜；光束通过离轴四反无焦系统的四个光学元件后入射分光组切入光路的不同分光镜，再经过红外双波段定焦后组到达探测器靶面，分别形成中波红外窄视场和长波红外宽视场组合成像、中波红外宽视场和长波红外窄视场组合成像、中波红外和长波红外窄视场组合成像；
[0007]分光组无分光镜切入光路时，长波、中波红外经红外双波段定焦后组透射到达探测器靶面，形成中波红外和长波红外宽视场组合成像。
[0008]接上述技术方案，离轴四反无焦系统包括：
[0009]主镜为离轴抛物面，主镜焦距f1与通光口径D1的比值0.5≤f1/D1≤0.65；
[0010]次镜为离轴双曲面，次镜焦距f2与通光口径D2的比值0.7≤f2/D2≤0.8；
[0011]三镜为平面反射镜，与水平入射光轴成45
°
夹角放置；
[0012]四镜为离轴抛物面，四镜焦距f4与通光口径D4的比值1≤f4/D4≤1.2。
[0013]接上述技术方案，分光组的每个分光镜切入光路时，均与水平入射光轴成45
°
夹角。
[0014]接上述技术方案，红外双波段定焦后组包括主物镜透镜组群、弯月形式的物镜、二
次成像透镜组群以及正光焦度双凸形式的透镜，其F数与红外双色探测器相匹配，在分光组不切入的情况下，在中波红外宽视场及长波红外宽视场双波段成像。
[0015]接上述技术方案，红外双波段定焦后组还包括折转反射镜，对中波红外及长波红外能量全反射，其放置在主物镜透镜组群与弯月形式的物镜之间，并与水平入射光轴成45
°
夹角，将水平光轴折转90
°
。
[0016]接上述技术方案，二次成像透镜组群包括共光轴的三个透镜，其光焦度分别为正、负、正，且至少有一个透镜具有非球面。
[0017]接上述技术方案，离轴四反无焦系统的出射光轴与入射光轴成90
°
夹角。
[0018]本专利技术产生的有益效果是：本专利技术的共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统中，光束通过离轴四反无焦系统的四个光学元件后入射分光组切入光路的不同分光镜，再经过红外双波段定焦后组分别形成中波红外窄视场和长波红外宽视场组合成像、中波红外宽视场和长波红外窄视场组合成像、中波红外和长波红外窄视场组合成像；分光组无分光镜切入光路时，长波、中波红外经红外双波段定焦后组透射到达探测器靶面，构成中波红外和长波红外宽视场通道，形成中波红外和长波红外宽视场组合成像。整个系统光路布局巧妙，通过切换不同的分光元件，改变探测通道波段及视场，探测通道灵活多变，功能多样；此外，光学系统折反式组合设计，结构紧凑，符合装备小型化、多功能集成化需求。
附图说明
[0019]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0020]图1本专利光学系统构成示意图；
[0021]图2本专利工作模式一光学路示意图，其中a为窄视场中波红外光，b为宽视场长波红外光；
[0022]图3本专利工作模式二光学路示意图，其中c为窄视场长波红外光，d宽视场中波红外光；
[0023]图4本专利工作模式三光学路示意图，其中e为窄视场中波红外光、窄视场长波红外光；
[0024]图5本专利工作模式四光学路示意图，其中f为宽视场中波红外光、宽视场长波红外光；
[0025]图6本专利光学系统窄视场中波红外传递函数图；
[0026]图7本专利光学系统宽视场中波红外传递函数图；
[0027]图8本专利光学系统窄视场长波红外传递函数图；
[0028]图9本专利光学系统宽视场长波红外传递函数图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]图1所示共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统光路示意图中，顺着光线走向左侧为物方侧，右侧为像方侧。本专利技术的共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光
学系统，从物方到像方依次包括离轴四反无焦系统01、可切换的分光组02和红外双波段定焦后组03。分光组02采用切换的分光元件方式实现中波红外和长波红外两种不同波段、宽视场和窄视场之间的两两组合。本专利技术中分光组02的分光元件的切换位置设定四个档位，可分别实现反射中波红外及透射长波红外、反射长波红外及透射中波红外、反射中波红外及反射长波红外和透射中波红外及透射长波红外四种状态，与之对应实现了四种中波红外和长波红外的宽窄视场组合，分别为：中波红外窄视场成像及长波红外宽视场成像、中波红外宽视场成像及长波红外窄视场成像、中波红外窄视场成像及长波红外窄视场成像和中波红外宽视场成像及长波红外宽视场成像。
[0031]离轴四反无焦系统01包括主镜011、次镜012、三镜013和四镜014四个反射光学元件。离轴四反无焦系统01针对中波红外和长波红外双波段扩束，扩束比的倍率对应宽视场和窄视场，为兼顾体积与搜索效率、识别效果，一般3～4倍为宜，其中主镜011为离轴抛物面，主镜焦距f1与通光口径D1的比值0.5≤f1/D1≤0.65；次镜012为离轴双曲面，次镜焦距f2与通光口径D2的比值0.7≤f2/D2≤0.8；三镜0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统，其特征在于，从物方到像方，依次包括离轴四反无焦系统（01）、分光组（02）和红外双波段定焦后组（03）；离轴四反无焦系统（01）包括四个光学元件，分光组（02）包括可分别切入切出光路的三个分光镜；光束通过离轴四反无焦系统（01）的四个光学元件后入射分光组（02）切入光路的不同分光镜，再经过红外双波段定焦后组（03）到达探测器靶面，分别形成中波红外窄视场和长波红外宽视场组合成像、中波红外宽视场和长波红外窄视场组合成像、中波红外和长波红外窄视场组合成像；分光组（02）无分光镜切入光路时，长波、中波红外经红外双波段定焦后组（03）透射到达探测器靶面，形成中波红外和长波红外宽视场组合成像。2.根据权利要求1所述的共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统，其特征在于，离轴四反无焦系统（01）包括：主镜（011）为离轴抛物面，主镜焦距f1与通光口径D1的比值；次镜（012）为离轴双曲面，次镜焦距f2与通光口径D2的比值；三镜（013）为平面反射镜，与水平入射光轴成45
°
夹角放置；四镜（014）为离轴抛物面，四镜焦距f4与通光口径D4的比值。3.根据权利要求1所述的共光路宽窄视场组合的红外双波段成像光学系统，其特征在于，分光组（02）...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭章贤，李忠，熊涛，柴炎，梁娟，
申请(专利权)人：湖北久之洋红外系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：