一种长工作距、大视场的低温真空冷舱准直光学系统技术方案

本发明专利技术提出一种长工作距、大视场的低温真空冷舱准直光学系统，属于光学技术领域，光路部分包括入瞳及孔径光阑、主镜、次镜、三镜和像面；主镜和三镜是凹非球面镜，次镜是凸面非球面镜；像面包括背景焦面及测试焦面、目标焦面和干扰焦面，系统的光轴为光轴；次镜的光轴与光轴重合，主镜和三镜的光轴相对于系统的光轴有离轴量，在光的传播方向上，依次排列入瞳、主镜、次镜、三镜和像面；主镜是光焦度为正的非球面反射镜，次镜是光焦度为负的非球面反射镜，三镜是光焦度为正的非球面反射镜；主镜和次镜的反射面相对放置，次镜和三镜的反射面相对放置，三镜与焦面相对放置。本发明专利技术解决了现有技术视场小，工作距短的问题。工作距短的问题。工作距短的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种长工作距、大视场的低温真空冷舱准直光学系统


[0001]本专利技术属于光学
，具体涉及一种长工作距、大视场的低温真空冷舱准直光学系统。

技术介绍

[0002]大气层外红外系统在地面需要考核评估其在空间环境下对远距离目标探测识别性能，需要在地面真空、低温模拟空间环境内构建光学系统。
[0003]常规平行光管视场小(≤0.5
°
)，相对孔径也不大，但是焦距很长，同时要有较小的尺寸，折射系统能量损失大，有色差，所以采用反射式光学系统方可满足要求。
[0004]在反射系统诸多种结构中，可以选用卡塞格林式、双抛式，折反式或离轴抛物面结构。由于系统口径较大，而且相对孔径小，所以选用卡塞格林式会有遮拦，能量损失大，双抛式机构复杂，折反式存在色差，所以选用离轴抛物面结构系统可满足要求。
[0005]对于要求平行光管成像视场≥2
°
的大视场红外系统、1m以上长工作距测试光学系统来说，通常的光管形式(卡塞格林式、双抛式，折反式或离轴抛物面)均无法实现，不能满足长入瞳距匹配或测试工作距离的要求，且现有技术无法在常温和真空低温模拟空间环境下测试使用，需要进行改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种长工作距、大视场的低温真空冷舱准直光学系统，用于大视场红外系统、复杂场景测试，目的是解决现有光学系统视场小、工作距短，无法在常温和真空低温模拟空间环境下测试使用的问题。
[0007]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：
[0008]一种长工作距、大视场的低温真空冷舱准直光学系统，采用入瞳前置的离轴三反反射式系统结构，准直光学系统的光路部分包括入瞳及孔径光阑、主镜、次镜、三镜和像面；主镜和三镜是凹非球面镜，次镜是凸面非球面镜；像面包括背景焦面及测试焦面、目标焦面和干扰焦面，系统的光轴为光轴；次镜的光轴与光轴重合，主镜和三镜的光轴相对于系统的光轴有离轴量，在光的传播方向上，依次排列入瞳及孔径光阑、主镜、次镜、三镜和像面；主镜是光焦度为正的非球面反射镜，次镜是光焦度为负的非球面反射镜，三镜是光焦度为正的非球面反射镜；主镜和次镜的反射面相对放置，次镜和三镜的反射面相对放置，三镜与焦面相对放置。
[0009]作为进一步优化，主镜到次镜的间距为系统焦距0.35～0.5倍，次镜到三镜的间距为系统焦距0.35～0.5倍，三镜到焦面沿z轴方向的距离为主镜到次镜间距的1.00～1.30倍。
[0010]作为进一步优化，低温真空冷舱准直光学系统的支撑部分包括主镜组件、次镜组件、三镜组件、主三镜支撑、次镜支撑和安装座；主镜设置在主镜组件上，次镜设置在次镜组件上，三镜设置在三镜组件上。
[0011]作为进一步优化，主镜组件、次镜组件和三镜组件均采用背部三点支撑，次镜和三镜采用背部中心支撑。
[0012]作为进一步优化，主镜、次镜和三镜均采用SIC加工而成，在支撑部位粘接锥套，并将钛合金柔节安装在锥套内，背板和支撑也采用SIC材料加工而成。
[0013]作为进一步优化，主镜组件、次镜组件和三镜组件直接制备成带有背部单点的结构，通过单点的结构与支撑结构相连；主镜组件和三镜组件共用一个主三镜支撑，次镜组件单独应用一个次镜支撑；主三镜支撑和次镜支撑都固定在安装座上，安装座材料也为SIC。
[0014]作为进一步优化，主镜组件和三镜组件与主三镜支撑之间，次镜组件与次镜支撑之间均设置有SIC材料制成的垫片。
[0015]作为进一步优化，低温真空冷舱准直光学系统还包括杜瓦制冷结构，杜瓦制冷结构包括独立的主镜杜瓦罩、次镜杜瓦罩和三镜杜瓦罩，通过螺钉连接组成完整的准直光学系统杜瓦罩，准直光学系统杜瓦罩的底部与安装平台隔热连接。
[0016]作为进一步优化，准直光学系统杜瓦罩将低温真空冷舱准直光学系统包覆在内，仅在主镜组件、次镜组件和三镜组件的反射镜镜面前方设置透光孔，在安装座的销钉孔处设置安装孔；准直光学系统杜瓦罩与低温真空冷舱准直光学系统的反射镜镜体间设置有20～30mm的间距；主镜、次镜和三镜的背部通过导热锁与杜瓦罩连接；安装座通过三点连接与平台接触安装，安装座与平台之间还设置有多层隔热结构。
[0017]作为进一步优化，安装座与平台之间的多层隔热结构包括两层以上的隔热垫、球形支撑、弹簧压片和连接螺栓，隔热垫串联叠放，相邻隔热垫之间仅有连接部分接触，其余部分中空隔离，隔热垫之间通过弹簧压片和连接螺栓连接固定，球形支撑通过弹簧压片和连接螺栓固定在最外侧隔热垫上，球形支撑与底座之间为点接触。
[0018]本专利技术所取得的有益技术效果是：
[0019]与现有技术相比，实现了模拟空间环境下，2
°
视场红外系统全视场覆盖的目标探测、识别、跟踪性能测试，且具有长工作距的优点，更好的满足了地面测试系统设备间结构干涉的问题。解决了现有技术视场小，工作距短的问题，适用于真空低温环境下使用，具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的离轴TMA光学测试系统光路图；
[0021]图2是本专利技术的背景光学系统光路图；
[0022]图3是本专利技术的目标光学系统光路图；
[0023]图4是本专利技术其中一种具体实施例的支撑结构的组成示意图；
[0024]图5是本专利技术其中一种具体实施例的杜瓦及热隔离结构位置关系示意图；
[0025]图6是本专利技术其中一种具体实施例的热隔离结构爆炸示意图；
[0026]附图标记：1、入瞳及孔径光阑；2、主镜；3、次镜；4、三镜；5、像面；6、光轴；10、次镜杜瓦罩；20、安装座；21、主三镜支撑；22、次镜支撑；30、隔热结构；31、第二层隔热垫；32、第一层隔热垫；33、球形支撑；34、第一弹簧压片；35、第一内六角螺栓；36、第二弹簧压片；37、第二内六角螺栓；38、第三层隔热垫；211、主镜组件；221、次镜组件；212、三镜组件；501、背景焦面及测试焦面；502、目标焦面；503、干扰焦面。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域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，都属于本专利技术要求保护的范围。
[0028]如图1～3所示，一种长工作距、大视场的低温真空冷舱准直光学系统，技术路线采用离轴三反形式的光学结构。从结构体积上来说，离轴三反Rug
‑
TMA系统(中间像面次镜后)较小，而且有中间像面，有利于杂散光控制。故选择离轴三反Rug
‑
TMA系统进行优化。
[0029]本具体实施例采用入瞳前置的离轴三反反射式系统结构，远方物体光线依次经过入瞳及三个反射镜后，成像在像面上，得到远处物体的像。准直光学系统包括三部分光路，分别是目标模拟准直光路、干扰模拟准直光路和背景模拟及测试光路。三部分光路共用离轴T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长工作距、大视场的低温真空冷舱准直光学系统，其特征在于，采用入瞳前置的离轴三反反射式系统结构，准直光学系统的光路部分包括入瞳及孔径光阑(1)、主镜(2)、次镜(3)、三镜(4)和像面(5)；所述主镜(2)和三镜(4)是凹非球面镜，次镜(3)是凸面非球面镜；所述像面(5)包括背景焦面及测试焦面(501)、目标焦面(502)和干扰焦面(503)，系统的光轴为光轴(6)；所述次镜(3)的光轴与光轴(6)重合，主镜(2)和三镜(4)的光轴相对于系统的光轴(6)有离轴量，在光的传播方向上，依次排列入瞳及孔径光阑(1)、主镜(2)、次镜(3)、三镜(4)和像面(5)；所述主镜(2)是光焦度为正的非球面反射镜，所述次镜(3)是光焦度为负的非球面反射镜，所述三镜(4)是光焦度为正的非球面反射镜；主镜(2)和次镜(3)的反射面相对放置，次镜(3)和三镜(4)的反射面相对放置，三镜(4)与焦面(5)相对放置。2.根据权利要求1所述的低温真空冷舱准直光学系统，其特征在于：所述主镜(2)到次镜(3)的间距为系统焦距0.35～0.5倍，次镜(3)到三镜(4)的间距为系统焦距0.35～0.5倍，三镜(4)到焦面(5)沿z轴方向的距离为主镜(2)到次镜(3)间距的1.00～1.30倍。3.根据权利要求2所述的低温真空冷舱准直光学系统，其特征在于：所述低温真空冷舱准直光学系统的支撑部分包括主镜组件(211)、次镜组件(221)、三镜组件(212)、主三镜支撑(21)、次镜支撑(22)和安装座(20)；所述主镜(2)设置在主镜组件(211)上，次镜(3)设置在次镜组件(221)上，三镜(4)设置在三镜组件(212)上。4.根据权利要求3所述的低温真空冷舱准直光学系统，其特征在于：所述主镜组件(211)、次镜组件(221)和三镜组件(212)均采用背部三点支撑，所述次镜(3)和三镜(4)采用背部中心支撑。5.根据权利要求4所述的低温真空冷舱准直光学系统，其特征在于：所述主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)均采用SIC加工而成，在支撑部位粘接锥套，并将钛合金柔节安装在锥套内，背板和...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛莲，刘佳琪，艾夏，高路，周岩，张宁，龚小刚，张星祥，申军立，束逸，白文浩，李建华，朱明超，刘春龙，张凯，
申请(专利权)人：北京航天长征飞行器研究所，
类型：发明
国别省市：