本發(fā)明屬于衛(wèi)星飛船等空間飛行器姿軌控分系統(tǒng)紅外地球敏感器技術(shù)領(lǐng)領(lǐng)域，涉及一種線陣靜態(tài)紅外地球敏感器光學(xué)系統(tǒng)，對地球14～16微米遠紅外輻射光學(xué)成像。

背景技術(shù)：

空間飛行器用線陣靜態(tài)紅外地球敏感器(紅外地球敏感器，舊稱為紅外地平儀)的紅外光學(xué)系統(tǒng)作用是對地球大氣的遠紅外輻射光學(xué)成像，波長一般為14～16微米。由于輻射能量微弱，該光學(xué)系統(tǒng)需要具備大的相對孔徑(小的F#)、少而薄的鏡片以提高能量透過率；需要比較大的視場角以提高測量范圍；需要抑制畸變，方便衛(wèi)星使用。目前國內(nèi)尚無該方面的專利授權(quán)，國內(nèi)公開的文獻如下：

(1)《廣角f-θ靜態(tài)紅外地平儀鏡頭的光學(xué)設(shè)計》劉英，光學(xué)精密工程，第18卷第6期，2010年6月

(2)《靜態(tài)紅外地平儀的光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計》呂銀環(huán)，紅外與激光工程，第35卷第5期，2006年l0月

文獻1，利用f-θ鏡頭設(shè)計原理，選用非球面設(shè)計廣角光學(xué)系統(tǒng)，全視場角為136度，F(xiàn)數(shù)為0.61，后工作距15mm；該鏡頭由4片鏡構(gòu)成，解決了廣角鏡頭軸外像差平衡問題。文獻1設(shè)計存在如下缺點：

(1)鏡頭由4片鏡構(gòu)成，導(dǎo)致光學(xué)透過率低；

(2)雖然產(chǎn)品設(shè)計的是f-θ光學(xué)結(jié)構(gòu)，但是成像的目標(biāo)是面物體而非點物體，導(dǎo)致圖像畸變過大，無法提供衛(wèi)星使用；

文獻2中，光學(xué)系統(tǒng)選用透射式2片透鏡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)焦距為27.98mm,光學(xué)口徑為30mm，F(xiàn)#＝0.9，像差滿足要求，但為了提高探測器接受的能量，敏感波段放寬到13.5～16.5微米。文獻2設(shè)計存在的缺點如下

(1)光學(xué)視場角21度，導(dǎo)致光學(xué)測量范圍小,衛(wèi)星使用受限；

(2)后工作距離過小(約7mm)，導(dǎo)致濾光片及探測器的安裝受限，探測器的熱控系統(tǒng)安裝受限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種線陣靜態(tài)紅外地球敏感器光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計保證有效F#不大于1.5，滿足產(chǎn)品信噪比要求；采用2片鏡實現(xiàn)，每個鏡片厚度不大于4mm，提高能量透過率；抑制畸變，全視場內(nèi)畸變小于1％，滿足衛(wèi)星使用要求；系統(tǒng)視場角大于30度，方便衛(wèi)星使用；光學(xué)系統(tǒng)后工作距離大于10mm，便于安裝濾光片及探測器及熱控系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種線陣靜態(tài)紅外地球敏感器光學(xué)系統(tǒng)，包括第一正光焦度彎月鏡、第二正光焦度彎月鏡和濾光片；孔徑光闌位于第一正光焦度彎月鏡的有效通光邊緣，用于控制視場和雜散光；地球遠紅外輻射依次經(jīng)過第一正光焦度彎月鏡、第二正光焦度彎月鏡匯聚，再經(jīng)過濾光片濾波，在探測器像面處成像。

第一正光焦度彎月鏡、第二正光焦度彎月鏡、濾光片均為鍺單晶材料，第一正光焦度彎月鏡、第二正光焦度彎月鏡表面鍍遠紅外增透膜。

第一正光焦度彎月鏡的面r1為非球面，面r2為凹球面，并滿足關(guān)系：

70mm<|R1|<90mm，

100mm<|R2|<120mm，

其中，|R1|為面r1在頂點處的半徑的絕對值，|R2|為面r2半徑的絕對值，且第一正光焦度彎月鏡的厚度d1滿足：

2mm<d1<4mm。

第二正光焦度彎月鏡的面r3為非球面，面r4為凸球面，并滿足關(guān)系：

120mm<|R3|<150mm，

65mm<|R4|<85mm，

其中，|R3|為面r3在頂點處的半徑的絕對值，|R4|為面r4半徑的絕對值，且第二正光焦度彎月鏡的厚度d3滿足：

2mm<d3<4mm。

濾光片的面r5、面r6均為平面，面r5、面r6上均鍍有多層介質(zhì)膜，構(gòu)成帶通濾光片。

后工作距離d4滿足：

d4>10mm。

系統(tǒng)焦距f，入瞳直徑D，光學(xué)系統(tǒng)F#＝f/D，且F#<1.5。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)光學(xué)系統(tǒng)F#不大于1.5，滿足產(chǎn)品信噪比要求；

(2)光學(xué)系統(tǒng)采用2片鏡實現(xiàn)，每個鏡片厚度不大于4mm，鏡片中的光學(xué)能量損失低；

(3)全視場內(nèi)畸變小于1％，滿足衛(wèi)星使用要求；

(4)系統(tǒng)視場角大于30度，方便衛(wèi)星使用；

(5)光學(xué)系統(tǒng)后工作距離大于10mm，便于安裝濾光片及探測器及熱控系統(tǒng)；

(6)結(jié)構(gòu)簡單，重量小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明中參數(shù)標(biāo)號圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)包括安裝第一正光焦度彎月鏡1，第二正光焦度彎月鏡2，濾光片3。地球紅外輻射經(jīng)第一正光焦度彎月鏡1、第二正光焦度彎月鏡2匯聚，再經(jīng)濾光片3濾光后，入射至探測器4成像。

孔徑光闌位于第一正光焦度彎月鏡1的有效通光邊緣，主要用于控制視場和雜散光。地球遠紅外輻射經(jīng)過2片彎月鏡成像，經(jīng)過濾光片濾波，在像面處成像。

第一正光焦度彎月鏡1的面r1為非球面，第二正光焦度彎月鏡2的面r3為非球面用于校正軸外像差。面r2為凹球面，面r4為凸球面，面r5、r6為平面。

實施例

本發(fā)明的一個實施方案為工作譜段14～16μm，入瞳口徑40mm，全視場為40°。

本實施方案中，第一正光焦度彎月鏡1、第二正光焦度彎月鏡2、濾光片3均為鍺單晶材料，第一正光焦度彎月鏡1、第二正光焦度彎月鏡2表面鍍遠紅外增透膜。濾光片3鍍多層介質(zhì)膜，構(gòu)成14～16μm帶通濾光片。

本例中，第一正光焦度彎月鏡1的面r1為非球面、面r2為凹球面，|R1|＝78.8，conic系數(shù)-2.5，四次項系數(shù)3.6E-7，六次項系數(shù)-3.2E-10，|R2|＝109.5滿足關(guān)系：

70<|R1|<90

100<|R2|<120

其中，|R1|為面r1在頂點處的半徑的絕對值，|R2|為面r2半徑的絕對值。

第一正光焦度彎月鏡1的厚度d1＝2.7，滿足關(guān)系：

2<d1<4

如圖2所示，第二正光焦度彎月鏡2的面r3為非球面、面r4為凸球面，|R3|＝133.8，conic系數(shù)6.5，四次項系數(shù)-6.6E-7，六次項系數(shù)5E-10，|R4|＝73滿足關(guān)系：

120<|R3|<150

65<|R4|<85

其中，|R3|為面r3在頂點處的半徑的絕對值，|R4|為面r4半徑的絕對值。

第二正光焦度彎月鏡2的厚度d3＝3.7，滿足關(guān)系：

2<d3<4

第一正光焦度彎月鏡1與第二正光焦度彎月鏡2之間間距d2＝31.5，滿足關(guān)系：

20<d2<40

后工作距離d4＝28.2，滿足關(guān)系：

d4>10

系統(tǒng)焦距43.5mm，入瞳40mm，F(xiàn)#＝1.1滿足關(guān)系：

F#<1.5

本例光學(xué)系統(tǒng)總長66.2mm，光路最大直徑50mm，全視場內(nèi)畸變小于0.2％，系統(tǒng)視場角大于40度。

本發(fā)明未詳細描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。