[发明专利]双波段共光路共焦面成像系统

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种红外中波和长波双波段共光路共焦面成像系统。

背景技术

随着新一代多波段红外探测器技术的发展，多波段成像的使用变得越来越广泛，为了成功应用新一代探测器，必须设计出能够同时具备多波段成像能力的光学系统。在红外成像领域，应用最为广泛的光谱波段为中波红外（3μm-5μm）和长波红外（8μm-12μm）。这两个波段相比较拥有不同的优势和局限。最好的方式是采用双波段红外探测器合并以上两个波段，使它们优势互补。

全反射式光学系统结构形式一般为多波段光学系统设计的首选，但是，双波段红外探测器一般为制冷式探测器，因此在探测器中存在冷阑，冷阑的存在使得全反射式光学系统必须进行二次成像以实现冷阑匹配，这就无法使用应用最为广泛的两反系统设计。同时，当需要紧凑的外形尺寸和大视场的情况时，全反射式光学系统的设计难度陡增。

采用折射式光学系统结构形式，可以选择的材料严重受限，主要为锗、硒化锌、硫化锌、氟化钡、砷化镓和部分硫系玻璃。色差校正是双波段光学系统设计面临的主要难题。光学系统的焦距越大，系统第一片透镜尺寸一般也会越大，这更加限制了双波段折射式光学系统的应用范围。

专利号为01132130.X的中国专利公开了一项名称为“红外双波段折衍混合光学成像系统”的折射式光学系统技术方案，该系统利用双中心波长闪耀的二元衍射元件实现3.5μm-3.9μm和10.5μm-12.5μm双波段同时成像，由于衍射元件的应用，中波和长波的谱段较窄，系统的透过率较低。

专利号为201120201781.2的中国专利公开了一项名称为“一种双波段红外成像光学系统”的折射式成像光学系统技术方案，该光学系统采用四片透射元件，一次成像的方式实现中波红外（3μm-5μm）和长波红外（8μm-12μm）波段在同一焦平面成像。该系统光学总长大于焦距，同时由于一次成像方式的采用使得该系统杂散光抑制困难。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的系统透过率较低及系统杂散光抑制困难的问题，提供一种系统透过率较高及抑制系统杂散光较好的双波段共光路共焦面成像系统。

为了实现上述目的，本发明的双波段共光路共焦面成像系统包括主镜、次镜、中继镜组和焦平面探测器；

所述主镜、次镜、中继镜组和焦平面探测器在同一光轴上，所述主镜的反射面和所述次镜的反射面相对排布，所述主镜开有中心孔，所述中继镜组和焦平面探测器位于所述主镜的中心孔内，所述中继镜组位于第一像面与焦平面探测器之间，主镜和次镜为卡塞格林结构形式；光束经主镜反射后入射到次镜上，由次镜反射聚焦成像在第一像面上；中继镜组将第一像面上的目标转像，聚焦到第二像面上；所述第二像面与焦平面探测器的焦平面阵列重合。

所述光学系统光谱透过范围为3μm-10μm。

所述的焦平面探测器为制冷型探测器，包含窗口、冷阑和焦平面阵列，所述冷阑位于窗口和焦平面阵列之间，所述窗口基于红外透过材料，所述焦平面阵列为中波红外/长波红外双波段焦平面阵列或宽波段焦平面阵列。

所述主镜为凹非球面反射镜，所述次镜为凸非球面反射镜；所述主镜和所述次镜的材料为铝、碳化硅、铍、铍铝或微晶玻璃。

所述主镜的反射面为标准二次曲面或高次非球面；所述次镜的反射面为标准二次曲面或高次非球面；所述中继镜组包括同一光轴顺序放置的第一折射透镜、第二折射透镜、第三折射透镜和第四折射透镜。

所述第一折射透镜基于Ge晶体材料，其前表面为球面，后表面为非球面。

所述第二折射透镜基于ZNS晶体材料，其前后表面均为球面。

所述第三折射透镜基于BaF2晶体材料，其前后表面均为球面。

所述第四折射透镜基于ZnSe晶体材料，其前表面为非球面，后表面为球面。

本发明的有益效果为：本发明的双波段共光路共焦面成像系统采用折反射式结构形式，主镜和次镜可以分担大部分光焦度，中继镜组的焦距小且口径不大，色差校正容易；同时，利用反射镜折叠光路，缩小了镜头的体积，减轻了质量，使系统光学长度可以做到焦距的0.6倍以下；同时，由于二次成像方式的采用使系统杂散光抑制容易。

附图说明

图1为本发明的双波段共光路共焦面成像系统结构示意图；

图2是本发明的中继镜组结构示意图；

图3是本发明设计示例在中波波段3μm～5μm的MTF曲线；

图4是本发明设计示例在长波波段8μm～10μm的MTF曲线；