[发明专利]多光谱折反式光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光机电技术领域，具体涉及一种多光谱折反式光学系统。

背景技术

在航天航空军事及科学研究领域，与本发明相关的技术方案主要有五个特点：1）较大口径（直径>150 mm）的光学系统多数采用反射式主缩束系统，再使用折射式光学系统进行光束变换和像差平衡；2）对光机电系统的外形、尺寸、重量、重心、振动、温度及其它空间和空天环境适应性有严格的要求；3）在要求高精度瞄准线指向的系统中使用大范围粗指向和小范围精确指向相结合的复合光轴控制技术；4）宽波段成像主动-被动探测和光谱分析要求；5）在满足特定应用要求的前提下尽可能从设计上降低整体系统的成本。

在航天航空军事及科学研究领域，与本发明相关的技术方案主要有四种：1）使用卡塞格伦双反射镜系统及折射式后光学系统，在主镜前设置扫描平面反射镜实现大范围粗指向，在次镜后通过光束变换设置快速倾斜镜实现小范围高精度光轴指向；2）卡塞格伦双反射镜系统及折射式后光学系统，在主镜前设置扫描平面反射镜实现大范围粗指向，在次镜后以光学系统的整体转动代替扫描平面反射镜转动，实现大范围粗指向；3）以离轴三反射镜系统代替卡塞格伦双反射镜系统，再设置快速倾斜镜实现小范围高精度光轴指向；4）类似第一种方案，以折射式光学系统代替卡塞格伦双反射镜系统。

对于第1）、2）种方案，卡塞格伦系统使用抛物面主反射镜和双曲面次反射镜，或者在变形的其它形式中，使用两个双曲面、抛物面加椭球面等途径，涉及的大口径非球面加工、检测及装调技术难度较大、成本较高；对于第2）种方案，光学系统整体转动惯量较大，伺服控制难度增加；对于第1）、2）种方案，以三至六片球面反射镜并结合平面反射镜构成全反射镜光学系统，以实现超多光谱探测，但视场较小，反射镜之间的遮挡造成辐射传输效率不高；对于第3）种方案，离轴三反射镜系统视场较小，加工、检测及装调技术难度较大、成本较高；对于第4）种方案，实现大口径的光学系统难度较大、成本较高，很难实现多光谱的高性能系统。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种多光谱折反式光学系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多光谱折反式光学系统，包括折反式无焦望远镜系统和长波红外成像系统；所述折反式无焦望远镜系统包括球面整流罩、扫描平面反射镜、主反射镜和次反射镜，且球面整流罩内外表面共同的球心、主反射镜和次反射镜反射面的顶点曲率中心与扫描平面反射镜的旋转中心重合，形成共心光学系统；所述长波红外成像系统包括倾斜反射镜、消像旋棱镜、光学成像元件组和探测器。

在主反射镜和次反射镜之间，以及主反射镜附近设置准直透镜组。

所述扫描平面反射镜为用于大范围光轴指向的扫描平面反射镜。

所述主反射镜为旋转对称环形凹面主反射镜。

所述次反射镜为旋转对称凸面次反射镜。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：球面整流罩内外表面共同的球心、主反射镜和次反射镜反射面顶点曲率中心与扫描平面反射镜的旋转中心重合，即与光瞳中心重合，形成共心光学系统，构成的空间尺寸紧凑，减小了光机系统重量，提高了系统刚度，利于实现高精度光轴指向；使用共心光学系统结合准直光路将大范围扫描镜和小范围精确指向分别设置在物镜组的入瞳和目镜组的出瞳处，然后通过消像旋棱镜和一组成像系统进行像差校正、光瞳匹配。适用于解决快速搜索、瞄准线的精确指向，多光谱宽波段探测、系统紧凑性兼顾的问题，具有较高的辐射传输效率、简单的像差平衡、低的加工检测和装调成本。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的系统原理图。

具体实施方式

一种多光谱折反式光学系统，如图1所示，包括折反式无焦望远镜系统和长波红外成像系统；所述折反式无焦望远镜系统包括球面整流罩1、扫描平面反射镜2、主反射镜3、次反射镜4和准直透镜组5；所述长波红外成像系统包括倾斜反射镜6、消像旋棱镜7、光学成像元件组8和探测器9。

所述球面整流罩1需适当选择整流罩材料、工艺和镀膜膜系，以实现多光谱成像探测功能。

所述扫描平面反射镜2为用于大范围光轴指向的扫描平面反射镜；所述主反射镜3为旋转对称环形凹面主反射镜；所述次反射镜4为旋转对称凸面次反射镜。