[发明专利]一种采用充气式薄膜反射镜及其补偿镜的红外成像系统

说明书

技术领域

本发明属于光学成像系统技术领域，涉及一种采用充气式薄膜反射镜及其补偿镜的红外成像系统。

背景技术

随着航空航天和军事侦察技术的迅猛发展，对光学反射镜超大、超轻量的要求也越来越迫切。薄膜反射镜是以柔性聚合物薄膜为基坯，并通过一定方式形成所需曲面面形的空间光学系统。它具有大口径、低面密度、成本低等优点，有效解决了空间反射镜大口径与低重量之间的矛盾。因此，它的研制对空间技术和军事侦察能力的发展具有重要的意义。

充气式薄膜反射镜通常采用聚酰亚胺薄膜作为薄膜材料，是利用气体压力对薄膜进行面形的变形及维持的光学系统。它与传统的使用碳化硅、金属铍等轻质材料制造的反射镜相比，具有口径大、面密度低、可折叠或展开等优点，满足了超大口径光学系统对反射镜的要求。但是，充气式薄膜反射镜的应用目前主要局限于空间天线和太阳能帆板等领域，这不仅是因为制造满足光学成像要求的薄膜非常困难，同时还与薄膜面形成型制造工艺比较繁琐、实施难度大有关。因此，如何提高薄膜反射镜的面形精度已成为一个刻不容缓的问题。

CN 103513309 A公开了一种长波红外充气式薄膜反射镜及其主镜面形生成方法，该申请方案依据薄膜反射镜的实际面形与理想抛物面之间的面形误差，在反射薄膜基底的不同位置镀不等厚的铜膜。但由于镀膜工艺的限制，很难实现均匀镀膜和不同区域的定量镀膜，因此，这种方法得到的薄膜面形与理想球面还是存在差距。

发明内容

针对现有充气式薄膜反射镜面型不是球形及典型非球面曲线，无法达到理想成像质量要求，本发明提供了一种采用充气式薄膜反射镜及其补偿镜的红外成像系统。该系统利用光程补偿镜组对薄膜反射镜实际面形与理想球面之间的曲面误差进行校正，使薄膜反射镜的面形达到了理想成像的要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种采用充气式薄膜反射镜及其补偿镜的红外成像系统，包括薄膜反射镜、光程补偿镜组和探测器，物空间出射的平行光束经充气式薄膜反射镜的第一聚酰亚胺薄膜透射后入射至第二聚酰亚胺薄膜，经第二聚酰亚胺薄膜反射后再次经第一聚酰亚胺薄膜透射后进入光程补偿镜组，经过光程补偿镜组补偿后的光束最终进入探测器理想成像；所述充气式薄膜反射镜，由卡子、主镜框、第一主镜压板、第二主镜压板、第一聚酰亚胺薄膜、第二聚酰亚胺薄膜和密封圈组成，其中：第一聚酰亚胺薄膜和第二聚酰亚胺薄膜通过第一主镜压板和第二主镜压板紧压在主镜框上，卡子两侧紧固在第一主镜压板和第二主镜压板上，主镜框外圆端面处有一通气孔，密封圈位于主镜框两端面的密封槽内。

本发明具有如下有益效果：

(1)在探测器前加入光程补偿镜组，其与薄膜反射镜相互配合，能够有效消除薄膜反射镜实际面形与理想球面之间的面形误差，使薄膜反射镜的面形达到理想成像的要求；

(2)工艺简单、操作方便，不仅能提高薄膜反射镜的面形精度，还能提高薄膜反射镜的成像质量。

附图说明

图1是采用充气式薄膜反射镜及其补偿镜的红外成像系统的光路原理图；

图2是采用充气式薄膜反射镜及其补偿镜的红外成像系统的局部放大图；

图3是薄膜反射镜充气后实际面形的有限元分析图；

图4是薄膜反射镜充气后实际面形(实线)与理想球面面形(虚线)的对比图；

图5是光程补偿镜组中补偿透镜1的结构图；

图6是光程补偿镜组中补偿透镜2的结构图；

图7是光程补偿镜组中补偿透镜3的结构图；

图8是光程补偿镜组中补偿透镜4的结构图；

图9是采用充气式薄膜反射镜及其补偿镜的红外成像系统的MTF分析图；

图10是采用充气式薄膜反射镜及其补偿镜的红外成像系统的弥散斑分析图；

图11是采用充气式薄膜反射镜及其补偿镜的红外成像系统的场曲和畸变分析图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1所示，本发明提供的采用充气式薄膜反射镜及其补偿镜的红外成像系统由薄膜反射镜、光程补偿镜组11和探测器12构成。