一种可见光、中波红外和长波红外三波段光学成像系统技术方案

本发明专利技术提供一种可见光、中波红外和长波红外三波段光学成像系统，其主要解决了现有多光谱相机结构笨重、光学系统复杂的问题。该可见光、中波红外和长波红外三波段光学成像系统包括用于反射可见光波段、中波红外波段和长波红外三波段的第一反射镜，反射可见光波段和中波红外波段，透射长波红外波段的第二反射镜，透射可见光波段和中波红外波段，反射长波红外波段的第三反射镜。该可见光、中波红外和长波红外三波段光学成像系统结构轻小、光学元件少、成像质量好、轻小、一体化多光谱探测、工程可实现性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电
，涉及ー种可见光、中波红外和长波红外三波段光学成像系统，尤其涉及ー种适合空间环境的用于航天非合作目标探测系统中的多光谱轻小型探测光学系统。
技术介绍
随着光学技术和电子技术的发展，对空间光学载荷的技术指标要求也越来越高，轻小型、高分辨率、多波段探測光学相机在航天领域中的需求日益增强。为了实现高分辨率、多波段探測的技术指标，通常是设计三个独立的适用于特定波段的光学相机，比如要同时实现可见光、中波红外和长波红外三波段，一般方法是设计三个独立的光路接探測器构成单独独立的三个光学相机，在夜晚可用中波红外和长波红外探测目标，先用长波红外相机捕获到目标，再用中波红外相机跟踪目标，在白天用可见光相机对目标进行跟踪捕获。 在航天应用中，为了提高空间光学相机的可靠性，需要尽量减少设备部件，同时满足空间载荷要求成像好、体积小、重量轻和功耗小的特点。本文提出了ー种共用主镜，在次镜位置镀特殊膜反射可见光波段和中波红外波段，透射长波红外波段，并在主镜和次镜之间加入ー个平面反射镜对光路进行折轴，实现可见光、中波红外和长波红外三波段探测的轻小型、一体化光学相机，该相机结构紧凑、三个波段范围内成像质量均接近衍射极限，可应用于航天空间非合作目标多光谱探测相机中。
技术实现思路
本专利技术提供一种可见光、中波红外和长波红外三波段光学成像系统，其主要解决了现有多光谱相机结构笨重、光学系统复杂的问题。该可见光、中波红外和长波红外三波段光学成像系统结构轻小、光学元件少、成像质量好、轻小、一体化多光谱探測、工程可实现性強。本专利技术的具体技术解决方案如下该可见光、中波红外和长波红外三波段光学成像系统包括用于反射可见光波段、中波红外波段和长波红外三波段的第一反射镜，反射可见光波段和中波红外波段，透射长波红外波段的第二反射镜，透射可见光波段和中波红外波段，反射长波红外波段的第三反射镜；所述第二反射镜设置于第一反射镜和第三反射镜中间，第一反射镜中心设置有通孔，通孔的直径小于第三反射镜的直径。上述可见光波段经第一反射镜、第二反射镜反射，再经第三反射镜透射后，再经依次设置的适用于可见光波段的第一透镜、第二透镜和第三透镜构成可见光成像系统光路，可见光成像系统的工作波段为400 900nm，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的光焦度分别为正、负、正。上述长波红外波段经第一反射镜反射，第二反射镜透射后，再经依次设置的适用于长波红外波段的第四透镜和第五透镜后构成长波红外成像系统光路，长波红外成像系统的工作波段为9300 10500nm ;所述第四透镜、第五透镜的光焦度分别为正、负。上述中波红外波段经第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜反射后，再经依次设置的适用于中波红外波段的第六透镜、第七透镜和第八透镜后构成中波红外成像系统光路，中波红外成像系统的工作波段为3700 4800nm ;所述第六透镜、第七透镜、第八透镜的光焦度分别为正、负、负。上述第一透镜、第二透镜、第三透镜均为球面镜；所述第一透镜焦距f4应满足:-0. 25f <f4< -o. 16f，第二透镜焦距f5应满足:-0. 12f < f5 < -o. 51f，第三透镜焦距f6应满足-0. 86f < f6 < -0. 53f，其中f为可见光波段总焦距。上述第四透镜为非球面镜，第五透镜是球面镜；所述第四透镜焦距f8应满足-72f' < f8 < _54f'，第五透镜焦距f9应满足-0.46f' < f9 <-0. 22f'，其中f'为长波红外波段总焦距。上述第六透镜、第七透镜、第八透镜均为球面镜；所述第六透镜焦距fn应满 足:-2. 2ir ' < fn < -I. 03f''，第七透镜焦距 f12 应满足:-5. 47f'' < f12 < -3. 62f''，第八透镜焦距f13应满足-0. 48f'' < f13 < -0. 31f' '，其中f为长波红外波段总焦距。上述第三反射镜和第一反射镜成45°夹角，第一反射镜为非球面为双曲面的反射镜，第三反射镜为平面反射镜。上述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、透镜均为钛合金透镜。上述可见光成像系统光路、中波红外成像系统光路、长波红外成像系统光路呈“T”字型。本专利技术的优点在于本专利技术中的光学系统可实现在三个波段内同时探测目标，光学系统三波段光路共用一个主镜，大大减轻了整机系统的重量，该光学系统使用了ー个特殊镜，可同时在可见光、中波红外波段发生反射，在长波红外波段发生透射。本专利技术中的光学系统中在长波红外波段光路中的特殊镜后设置有另一面，组成ー片透镜，在減少光学元件的同时有效校正了像差。本专利技术中的光学系统使用了ー个折轴镜，折转一路光线到垂直于主镜的方向上，有效减小了系统的横向尺寸。本专利技术中的光学系统中可见光光路中仅用了 3片校正镜综合校正像差，长波红外光路中仅用了 2片校正镜综合校正像差，中波红外光路中仅用了 3片校正镜综合校正像差。本专利技术中的光学系统长波红外光路和中波红外光路各自使用単独的红外探測器，不需要使用双色探測器。本专利技术中的光学系统的主镜使用钛合金，减小了整机重量。本专利技术中的光学系统的镜筒使用钛合金，在三个波段的光路中均使用了不同的合适光学材料，像质对温度变化不敏感。本专利技术中的光学系统的结构紧凑，有利于整机系统的小型化设计。本专利技术中的光学系统三波段光路光学系统的成像质量均接近衍射极限。附图说明图I为本专利技术所提供的可见光波段光学系统结构示意图2为本专利技术所提供的长波红外波段光学系统结构示意图；图3为本专利技术所提供的中波红外波段光学系统结构示意图；图4为本专利技术所提供的可见光波段光学系统调制传递函数(MTF)示意图；图5为本专利技术所提供的长波红外波段光学系统调制传递函数(MTF)示意图；图6为本专利技术所提供的中波红外波段光学系统调制传递函数(MTF)示意图；图7为本专利技术结构示意图。具体实施例方式为了更好地说明本专利技术的目的和优点，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进ー步说明。參见图1，本专利技术提供了一种可见光、中波红外和长波红外三波段光学成像系统，该光学系统包括第一反射镜I、第二反射镜2、第三反射镜3、第一透镜4、第二透镜5、第三透镜6、第四透镜8、第五透镜9、第六透镜11、第七透镜12、第八透镜13、第一像面7、第二像面10、第二像面14。为了减小本光学系统中的主镜加工检测难度，本专利技术中主镜采用双曲面。为了减轻整机系统的重量，本专利技术中的光学系统三波段光路共用ー个主镜。为了在减少光学元件的同时有效校正像差，本专利技术中的光学系统中在长波红外波段光路中的特殊镜后设置有另一面，组成一片透镜。为了有效减小系统的横向尺寸，本专利技术中的光学系统使用了ー个折轴镜，折转一路光线到垂直于主镜的方向上。为了有效校正各个光路中的像差，加入了校正镜各个光路中的轴外像差。为了节省成本，并提供系统的性能，本专利技术中的光学系统长波红外光路和中波红外光路各自使用単独的红外探測器，不需要使用双色探測器。为了减小整机重量，本专利技术中的光学系统的主镜使用钛合金。为了减小本光学系统的整机系统尺寸，本专利技术中合理平衡了各光学元件的光焦度分布。该专利技术可应用在空间环境航天非合作目标探测系统中的多光谱探测相机光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可见光、中波红外和长波红外三波段光学成像系统，其特征在于：包括用于反射可见光波段、中波红外波段和长波红外三波段的第一反射镜，反射可见光波段和中波红外波段，透射长波红外波段的第二反射镜，透射可见光波段和中波红外波段，反射长波红外波段的第三反射镜；所述第二反射镜设置于第一反射镜和第三反射镜中间，第一反射镜中心设置有通孔，通孔的直径小于第三反射镜的直径。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王虎，薛要克，刘杰，刘阳，刘美莹，张洁，林上民，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：