[发明专利]一种激光与中、长波红外共孔径的三波段成像系统

说明书

本发明涉及一种激光与中、长波红外共孔径的三波段成像系统，该系统包括各波段的共用入瞳、反射表面为凹面且中心开孔的主镜、折反并用的凸面次镜、中红外波或长波红外光路成像透镜组、激光会聚光斑接收单元、中波红外与长波红外波段的分光镜、中长波红外双波段成像透镜组与探测像面。本系统能够实现对同一目标的场景红外辐射能量和其反射的激光回波能量进行共孔径收集，入瞳位于主镜前方，利用次镜进行激光与中长波红外波段的分光，并通过倾斜分色镜实现中波红外与长波红外的分光，结构紧凑，提高了系统光能和空间的利用率，有利于中波、长波红外两波段分别进行像差校正与光束聚焦，成像质量明显提高。

技术领域

本发明涉及一种激光与中、长波红外共孔径的三波段成像系统，特别适用于红外成像导引头对目标的搜索、跟踪、捕获等红外制导系统中。

背景技术

三波段的共孔径成像光学系统与传统的单一波段的非共孔径光学系统相比，一方面，三波段探测，提高了复杂环境背景下对目标搜索与跟踪的精度；另一方面，该共孔径系统相当于三个独立的光学成像系统，系统的前端部分是由激光、中波红外、长波红外的三个光路所共用，有效地节约了光学元件的使用，提高了元件的利用率，从而大大降低了成本。随着红外成像技术的发展，单一红外波段成像已经难以满足对目标信息收集的需求。同时，红外成像系统的功能，将越来越趋向于多元化，多波段共孔径成像系统日趋成为光学领域的研究热点。但目前，涉及激光、红外波段的多波段共孔径系统的研究还不成熟，仍有较多的问题：三波段共孔径成像系统前端共用部分的设计，要同时考虑激光、中波、长波红外成像光路的会聚光斑尺寸大小与像差校正，具有一定的设计难度；中、长波红外波段成像光路中冷光阑的匹配，由于两光路共用系统前端同一部分，也共用同一入瞳，同时实现两光路的冷光阑100％匹配比较困难；由于系统包括三个光路，系统前端共用部分与系统分光路后光路需要分别安装，其加工装调也有一定的难度。

国内与本发明相似的专利为CN201110025070.9与CN201110028648.6，前者是一种具有卡塞格林前端的共视场共孔径多光谱成像系统，如图2所示，实现了可见至近红外波段与中波或长波红外或中长波红外双波段的多光谱共孔径成像；后者是一种折反混合多光谱成像系统，如图3所示，是在前者的基础研究上，加入了短波波段的成像，实现了可见至近红外波段、短波波段、中波红外或长波红外或中长波红外双波段的多光谱共孔径成像。这两个系统的设计，主要是实现可见光、近红外、中波红外或长波红外或中长波红外双波段及短波波段的两光路或者三光路同光轴同视场的多光谱成像。

本发明设计是一种激光、中波红外、长波红外共孔径的三波段成像系统，是一种折反混合的光学系统，考虑到红外波段成像的热效应控制及像差校正的困难，系统设计过程中，选择了常用的红外材料锗、砷化镓和折射率温度变化系数较小且中、长波波段具有很高透过率的Ge-As-Se红外材料(常用红外材料与某些特殊红外材料的搭配)。共孔径系统提高了光能量利用率，在要求的频率范围内，可以接近衍射极限，满足成像质量要求，共孔径折转系统的设计，还有效地节省了系统空间。该系统通过对目标辐射的红外能量和反射的激光回波能量的收集，可以得到中、长波两波段的目标红外图像，而APD接收器光敏面上的激光回波能量，经过分析，可以对目标进行准确定位，便于精确制导。目前，在单波段对目标背景的探测精度条件下，现有的单一红外波段成像系统对复杂背景中目标的搜索与跟踪已经难以满足红外制导装置的精度要求；同时，红外波段成像在工作过程中，存在着温度对系统成像质量的影响。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种激光与中、长波红外共孔径的三波段成像系统，选择合适的系统结构形式，进行系统无热化设计，以满足红外精确制导的需求。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：