專利名稱：一種用于推掃方式成像的折反射紅外光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光學(xué)元件、系統(tǒng)，具體是指一種用于推掃方式成像的折反射紅外光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
推掃方式成像是采用線列探測器的自掃描和平臺的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對地的二維掃描成像。和傳統(tǒng)的機(jī)械掃描方式相比，推掃方式在垂直平臺軌道方向的圖象采集由沿線列方向展開的探測器的不同光敏元同時完成，這樣就使像元駐留時間可以達(dá)到星下點(diǎn)走過一個像元的時間，從而有效地提高了系統(tǒng)靈敏度和可靠性，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
對于大范圍推掃成像而言，只能通過采用足夠多的單元器件組成長線列，來保證儀器實(shí)際工作所要求的分辨率和幅寬。因此，推掃方式成像本身決定了其光學(xué)系統(tǒng)必須是大視場系統(tǒng)；為了保證入射信號的能量以及受光學(xué)衍射極限的限制，紅外光學(xué)系統(tǒng)必須是大口徑系統(tǒng)；同時，由于長線列探測器的單元尺度較小，要求光學(xué)系統(tǒng)焦距短，F(xiàn)數(shù)小。另外，光學(xué)系統(tǒng)的體積和重量還將受到衛(wèi)星平臺的嚴(yán)格限制。所以，用于推掃方式成像的紅外光學(xué)系統(tǒng)從合理選型到完成設(shè)計(jì)加工是具有很大難度的。
目前，歐洲用于對地觀測的熱紅外推帚式掃描儀(TIRI)采用了離軸折反射混合紅外光學(xué)系統(tǒng)，俄羅斯雙波段紅外推掃相機(jī)采用了轉(zhuǎn)軸折反射混合紅外光學(xué)系統(tǒng)。對離軸、轉(zhuǎn)軸光學(xué)系統(tǒng)而言，由于其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，增加了加工和校正的難度，同時降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有技術(shù)存在的一些問題，本實(shí)用新型的目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡單，裝校方便的折反射紅外望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)，再通過透鏡組消象差實(shí)現(xiàn)寬視場、大口徑的光學(xué)成像。
本實(shí)用新型的折反射紅外光學(xué)系統(tǒng)如圖1所示，光學(xué)系統(tǒng)從物方至象方按順序由一個次反射鏡1、一個主反射鏡2和一個消象差透鏡組3組成。來自物方的光束射向主反射鏡2，經(jīng)其反射至次反射鏡1，再由次反射鏡1反射向象方，依次通過消象差透鏡組3中的第一透鏡301、第二透鏡302，在象方像平面4上成像。整個光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件位于同一光軸上。
所說的次反射鏡1為凸反射鏡、主反射鏡2為凹反射鏡，它們的曲面均為標(biāo)準(zhǔn)二次曲面，即雙曲面。
所說的消像差透鏡組3用來校正光束經(jīng)過主反射鏡2和次反射鏡1后的殘余象差，它由二片透鏡組成，其中的第一透鏡301和第二透鏡302均為球面透鏡，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)3.5°視場、25～30μrad角分辨率、F數(shù)2.5的紅外光學(xué)成像。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.同軸光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對離軸、轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)而言，制備技術(shù)成熟，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，降低了加工、校正難度。
2.同軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊合理，體積小，能有效減小對衛(wèi)星平臺的壓力。
3.反射式兩鏡望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的口徑能夠做得比透鏡大得多，從而實(shí)現(xiàn)了大口徑系統(tǒng)的要求。


圖1為本實(shí)用新型的折反射紅外光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中t1為主反射鏡2和次反射鏡1的間隔；t2為次反射鏡1和透鏡組3的間隔；d1為第一透鏡301的中心厚度、d2為第二透鏡302的中心厚度；t3為第一透鏡301和第二透鏡302之間的間隔；t4為第二透鏡302與像面之間的距離。
具體實(shí)施方式
根據(jù)圖1的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，我們設(shè)計(jì)了工作在短波紅外3～5μm波段的光學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如下光學(xué)入瞳口徑Ф300mm、空間分辨率25～30μrad、視場角3.5°、F數(shù)2.5。光學(xué)系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。
表1名稱曲率半徑 非球面系數(shù) 孔徑 間隔或厚度(mm)材料(mm) (e2)(mm)主反射鏡-796.63 1.2066 300 250(t1)次反射鏡-566.56 11.6553 130 255(t2)第一透鏡(R1)121.616510(d1)鍺301 (R2)75.10 655(t3)第二透鏡(R1)119.146510(d2)鍺302 (R2)275.206539.83(t4)像面 48
權(quán)利要求1.一種用于推掃方式成像的折反射紅外光學(xué)系統(tǒng)，包括主反射鏡(2)、次反射鏡(1)和一個消色差校正鏡組(3)，其特征在于a).光學(xué)系統(tǒng)從物方至象方按順序由一個次反射鏡(1)、一個主反射鏡(2)和一個消象差透鏡組(3)組成；b).整個光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件位于同一光軸上；c).來自物方的光束射向主反射鏡(2)，經(jīng)其反射至次反射鏡(1)，再由次反射鏡(1)反射向象方，依次通過消象差透鏡組(3)中的第一透鏡(301)、第二透鏡(302)，在象方像平面(4)上成像；
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于推掃方式成像的折反射紅外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于a).所說的次反射鏡(1)為凸反射鏡、主反射鏡(2)為凹反射鏡，它們的曲面均為標(biāo)準(zhǔn)二次曲面，即雙曲面；b).所說的消象差透鏡組(3)由第一透鏡(301)和第二透鏡(302)組成，并且均為球面透鏡。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于推掃方式成像的折反射紅外光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括反射式兩鏡望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)和消像差透鏡組，整個光學(xué)系統(tǒng)位于同一光軸上。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是制備、校正技術(shù)成熟；結(jié)構(gòu)緊湊、合理，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性高；可實(shí)現(xiàn)大口徑、寬視場成像；可根據(jù)不同的工作波段設(shè)計(jì)研制出相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號G02B17/08GK2711758SQ20042003662
公開日2005年7月20日 申請日期2004年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者鈕新華, 傅雨田, 鄭親波 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所