[发明专利]空间大口径压缩光束中继扫描成像光学系统

说明书

技术领域

本发明属于空间光学遥感器光学技术领域，涉及一种空间大口径压缩光束多光谱成像光学成像系统。

背景技术

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像方式居多。

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1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。

发明内容：

本发明的技术解决问题是：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。

本发明解决的技术问题还包括实现了大口径压缩光束的多谱段扫描成像。

本发明的技术解决方案：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。

根据谱段的情况，本发明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谱段划分，不同谱段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f₁，中继反射镜M3的焦距为f₂，聚焦系统的焦距为f₃时，则无焦望远系统的光束压缩比为M＝f₁/f₂，整个光学系统的焦距f＝M×f₃。

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。

本发明与现有技术相比的优点：

(1)本发明的大口径(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)本发明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谱段划分，实现了多谱段聚焦成像。

(3)在同样的物方扫描精度下，本发明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；