[发明专利]一种折反射式离轴三反长波红外光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件、系统，具体是指一种用于机载或星载对地观察成像仪中的折反射式离轴三反射大视场大相对孔径长波红外光学系统。

背景技术

长波红外成像光学系统中，全透射式系统受光学材料的制约，一般口径在Φ200mm以下。折反射系统一般采用同轴两反射镜加校正透镜组的结构，该结构存在中心遮拦，降低了系统MTF，且不适合大视场的场合的应用。离轴三反系统随着相对孔径的增大，其加工与装调难度亦增大。

在航空航天遥感应用中，多通道相机中一般共用反射望远镜系统，在望远镜焦面之前放置视场分离器或者分色装置，分为可见光(VIS)，近红外(NIR)，短波红外(SWIR)、长波红外(LWIR)通道。长波红外通道的分辨率一般低于可见近红外，短波通道分辨率。因此要求该通道具有小焦距，大相对孔径。当可见近红外直接使用离轴三反成像时，长波红外通道则需要对完善成像的离轴三反系统焦距进行缩小。

发明内容

基于上述问题的存在，本发明提出一种折反射式离轴三反长波红外光学系统。本发明的目的是：通过在离轴三反镜系统后加入变倍率透镜组，实现大视场大相对孔径的光学系统。变倍率透镜组的放大倍率的范围为0.35≤β≤1，从而由小相对孔径的离轴三反镜系统获得大相对孔径的长波红外光学系统，亦可用于两档变焦长波红外系统中。

本发明的折反射式离轴三反长波红外光学系统的结构如图1所示，按顺序由反射镜1、反射镜2、反射镜3，变倍透镜组4构成的成像光学系统，其特征在于：将传统的离轴三反镜系统后加入变倍透镜组，缩小其焦距，增大相对孔径，同时保留其大视场的优点。

来自物方的光束经过反射镜1，射向凸面反射镜2，再由二次非球面反射镜3反射，与变倍率透镜4进一步会聚于像平面5。

所说的折反射式离轴三反长波红外光学系统必须满足以下要求：

1.反射镜1、反射镜2、反射镜3组成的离轴三反镜系统能够完善成像。

2.变倍率透镜组的放大倍率的范围为0.35≤β≤1。

本发明的光学系统最大的特点就是在完善成像的离轴三反后加入变倍透镜组，增大相对孔径。保证离轴三反可以用可见光单独装调完成之后，加入变倍率透镜组，从而保证系统的装调的难度没有提高。

附图说明

图1为折反射式离轴三反长波红外光学系统结构图，其中：L1为凹面反射镜1与凸面反射镜2之间距离；L2为凸面反射镜2与凹面反射镜3之间距离；L3为凹面反射镜3与变倍率透镜组4之间距离；L4为折射透镜4-1与折射透镜4-2之间距离；L5为折射透镜4-2与折射透镜4-3之间距离；L6为折射透镜4-3与像面5之间距离；D1为反射镜1偏离系统光轴距离；D2为反射镜3偏离系统光轴距离；D3为变倍率透镜组4与物面5偏离系统光轴的距离；α为来自物方光线与系统光轴的角度；R411为折射透镜4-1前表面曲率半径；R412为折射透镜4-1后表面曲率半径；R421为折射透镜4-2前表面曲率半径；R422为折射透镜4-2后表面曲率半径；R431为折射透镜4-3前表面曲率半径；R432为折射透镜4-3后表面曲率半径。

图2为实例中离轴三反系统在可见光波段(0.48μm～0.66μm)的光学传递函数曲线图。

图3为实例中离轴三反加变倍透镜组后系统在8.0μm～12.0μm的光学传递函数曲线图。

具体实施方法

按本发明中附图1所示的光学系统结构，我们设计了一长波红外光学系统，技术指标如下：

工作波段：8.0μm～12.0μm

口径：Φ300mm

视场：±2.0°(线视场)

离轴三反F数：F/3.5

系统F数：F/1.2

系统具体结构参数设计结果附后，其中离轴三反系统的光学传递函数曲线见图2，加入变倍率透镜组后系统的光学传递函数曲线见图3。

光学结构参数设计结果：