專利名稱：一種折反射式離軸三反長波紅外光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)元件、系統(tǒng)，具體是指一種用于機載或星載對地觀察成像儀中的折反射式離軸三反射大視場大相對孔徑長波紅外光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
長波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)中，全透射式系統(tǒng)受光學(xué)材料的制約， 一般口徑在
O200mm以下。折反射系統(tǒng)一般采用同軸兩反射鏡加校正透鏡組的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)存在中心遮攔，降低了系統(tǒng)MTF，且不適合大視場的場合的應(yīng)用。離軸三反系統(tǒng)隨著相對孔徑的增大，其加工與裝調(diào)難度亦增大。
在航空航天遙感應(yīng)用中，多通道相機中一般共用反射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，在望遠(yuǎn)鏡焦面之前放置視場分離器或者分色裝置，分為可見光(VIS)，近紅外(NIR)，短波紅外(SWIR)、長波紅外(LWIR)通道。長波紅外通道的分辨率一般低于可見近紅外，短波通道分辨率。因此要求該通道具有小焦距，大相對孔徑。當(dāng)可見近紅外直接使用離軸三反成像時，長波紅外通道則需要對完善成像的離軸三反系統(tǒng)焦距進(jìn)行縮小。
發(fā)明內(nèi)容
基于上述問題的存在，本發(fā)明提出一種折反射式離軸三反長波紅外光學(xué)系
統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過在離軸三反鏡系統(tǒng)后加入變倍率透鏡組，實現(xiàn)大視
場大相對孔徑的光學(xué)系統(tǒng)。變倍率透鏡組的放大倍率的范圍為0. 35《P《1，
從而由小相對孔徑的離軸三反鏡系統(tǒng)獲得大相對孔徑的長波紅外光學(xué)系統(tǒng)，亦可用于兩檔變焦長波紅外系統(tǒng)中。本發(fā)明的折反射式離軸三反長波紅外光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖l所示，按順序由反射鏡l、反射鏡2、反射鏡3，變倍透鏡組4構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于將傳統(tǒng)的離軸三反鏡系統(tǒng)后加入變倍透鏡組，縮小其焦距，增大相對孔徑，同時保留其大視場的優(yōu)點。
來自物方的光束經(jīng)過反射鏡1，射向凸面反射鏡2，再由二次非球面反射
鏡3反射，與變倍率透鏡4進(jìn)一步會聚于像平面5。
所說的折反射式離軸三反長波紅外光學(xué)系統(tǒng)必須滿足以下要求
1. 反射鏡l、反射鏡2、反射鏡3組成的離軸三反鏡系統(tǒng)能夠完善成像。
2. 變倍率透鏡組的放大倍率的范圍為0.35《e《1。本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)最大的特點就是在完善成像的離軸三反后加入變倍透
鏡組，增大相對孔徑。保證離軸三反可以用可見光單獨裝調(diào)完成之后，加入變倍率透鏡組，從而保證系統(tǒng)的裝調(diào)的難度沒有提高。
圖1為折反射式離軸三反長波紅外光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中Ll為凹面反射鏡1與凸面反射鏡2之間距離;L2為凸面反射鏡2與凹面反射鏡3之間距離；
L3為凹面反射鏡3與變倍率透鏡組4之間距離；L4為折射透鏡4-1與折射透鏡4-2之間距離；L5為折射透鏡4-2與折射透鏡4-3之間距離；L6為折射透鏡4-3與像面5之間距離；Dl為反射鏡1偏離系統(tǒng)光軸距離；D2為反射鏡3偏離系統(tǒng)光軸距離；D3為變倍率透鏡組4與物面5偏離系統(tǒng)光軸的距離；a為來自物方光線與系統(tǒng)光軸的角度；R411為折射透鏡4-1前表面曲率半徑；R412為折射透鏡4-1后表面曲率半徑；R421為折射透鏡4-2前表面曲率半徑；R422為折射透鏡4-2后表面曲率半徑；R431為折射透鏡4-3前表面曲率半徑；R432為折射透鏡4-3后表面曲率半徑。圖2為實例中離軸三反系統(tǒng)在可見光波段(0.48|im 0.66pm)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。
圖3為實例中離軸三反加變倍透鏡組后系統(tǒng)在8.0)im 12.(Him的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。具體實施方法
按本發(fā)明中附圖l所示的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，我們設(shè)計了一長波紅外光學(xué)系統(tǒng)，
技術(shù)指標(biāo)如下
工作波段8.0pm 12.0i^m口徑O300mm視場±2.0° (線視場)離軸三反F數(shù)F/3.5系統(tǒng)F數(shù)F/1.2
系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計結(jié)果附后，其中離軸三反系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線見圖2，加入變倍率透鏡組后系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線見圖3。光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計結(jié)果閨軸量(mm)
曲率半徑(mm)
間隔(mm)
材料
非球面系數(shù)
物面反射鏡1
反射鏡2
反射鏡3透鏡4-1
透鏡4-2
透鏡4-3
Dl: 1600
D2: -134
D3: —137.4
D3: —137.4
D3: -137.4
像面5
D3: —137.4
平面
-2620. 79-755.807
-1062. 868-97. 60-94. 76104. 38126. 35-244. 70-1346.64
平面
LI:—643.33
L2: 526.42
L3:—597. 545
-20 (透鏡厚度)
L4:一45
L5:-5
-20 (透鏡厚度)L6:—30
空氣
空氣
鍺
空氣
K=0
K=-2. 612K=0
K=0. 186
K=0
K=0
-20.0 (透鏡厚度) AMTIR1 K=0`<formula>formula see original document page 6</formula>K=0
K=0
K=0; al=0; a2=-8.391xl0-s
a3=-2.477x10K二O
■li
a4=-2.399xl0
-15
200910197305. 5 勢溢 1 被4/4:a;
權(quán)利要求
1.一種折反射式離軸三反長波紅外光學(xué)系統(tǒng)，按物方至象方順序依次由凹面反射鏡(1)、凸面反射(2)、凹面反射鏡(3)、變倍率透鏡組(4)構(gòu)成大相對孔徑長波紅外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于a)由凹面反射鏡(1)、凸面反射(2)、凹面反射鏡(3)構(gòu)成的離軸三反射鏡F數(shù)較所述的折反射式長波紅外光學(xué)系統(tǒng)大，且能獨自完善成像；b)所述的變倍率透鏡組(4)是消色差鏡組，其中的透鏡采用球面或非球面透鏡來消除像差；c)變倍率透鏡組(4)可實現(xiàn)的放大倍率的范圍為0.35≤β≤1；d)來自物方的光束經(jīng)過反射鏡(1)，射向凸面反射鏡(2)，再由二次非球面反射鏡(3)反射，與變倍率透鏡(4)進(jìn)一步會聚于像平面(5)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于星載或者機載對地觀察折反射式離軸三反長波紅外光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)為凹反射鏡1、凸反射鏡2和凹反射鏡3構(gòu)成的離軸三反系統(tǒng)與變倍率透鏡組4組成的光學(xué)系統(tǒng)。其中離軸三反能夠完善成像，其焦距較系統(tǒng)焦距長。變倍率透鏡組自身是消色差的，其放大倍率0.35≤β≤1，對離軸三反鏡焦距進(jìn)行縮短，增大系統(tǒng)的相對孔徑。該結(jié)構(gòu)簡單，主要應(yīng)用于機載或者星載對地成像儀器中的長波紅外相機中。
文檔編號G02B17/08GK101672978SQ20091019730
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者丁學(xué)專, 劉銀年, 薛永祺 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所