CN103792656A

CN103792656A - 适合白天目标观测的地基高分辨力红外成像望远镜

Info

Publication number: CN103792656A
Application number: CN201410036677.0A
Authority: CN
Inventors: 王建立; 刘莹奇; 刘欣悦; 杨轻云; 李洪文
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2014-01-26
Filing date: 2014-01-26
Publication date: 2014-05-14

Abstract

适合白天目标观测的地基高分辨力红外成像望远镜，属于地基望远镜红外成像探测技术，为有效抑制白天高亮度天空背景及克服强湍流大气扰动对获取目标形态特征的影响，本发明结构：从目标来的光经过主成像望远镜、库德光路系统、缩束系统和能动光学系统；光从能动光学系统出射后进入自适应波前探测系统，光在自适应波前探测系统中首先经过分色镜，光经过分色镜后近红外光反射到缩束系统再被哈特曼传感器接收；光经过分色镜后短波红外与中波红外光透射到达分色镜，光经过分色镜后短波红外部分光反射进入短波红外成像物镜组以及短波红外成像探测器；中波红外光透过分色镜到达反射镜，中波红外光经过反射进入中波红外成像物镜组以及中波红外成像探测器。

Description

适合白天目标观测的地基高分辨力红外成像望远镜

技术领域

本发明涉及一种地基高分辨力红外成像望远镜，属于地基望远镜红外成像探测技术领域，特别适合应用于白天时段的目标观测。

背景技术

在白天观测时段，成像波长越短，天光背景及大气湍流越强。目前的地基高分辨力光电成像望远镜成像波段普遍选择在可见及近红外波段，望远镜白天对大气层外目标的探测能力非常有限，工作时段局限在晨昏及夜晚。中国专利“一种适合于白天工作的高分辨力成像自适应光学望远镜”，公开号为CN1908722，主要是采用近红外波段的自适应光学成像技术，应用该技术时望远镜成像与高阶波前探测处在同一波段，降低了成像信噪比，同时限制了望远镜工作的时段与观测的目标。

发明内容

为了有效抑制白天高亮度天空背景，克服强湍流大气扰动对获取目标形态特征的影响，本发明提供一种特别适合于地基望远镜白天时段观测的可行性技术方案。

本发明解决问题的技术方案是：适合白天目标观测的地基高分辨力红外成像望远镜，由主成像望远镜、库德光路系统、缩束系统Ⅰ、能动光学系统、自适应波前探测系统和红外成像系统组成；其特征是，从目标发射的光经过主成像望远镜、库德光路系统、缩束系统Ⅰ和能动光学系统；

光从能动光学系统出射后进入自适应波前探测系统，光在自适应波前探测系统中首先经过分色镜，光经过分色镜后近红外光反射到缩束系统Ⅱ再被哈特曼传感器接收，探测波前整体倾斜误差以及波前的低阶像差，用于控制能动光学系统，实现对整体倾斜误差的校正与波前误差的部分校正；

光经过分色镜后短波红外与中波红外光透射到达分色镜，光经过分色镜后短波红外部分光反射进入短波红外成像物镜组以及短波红外成像探测器，实现白天时段的短波红外成像；中波红外光透过分色镜到达反射镜，中波红外光经过反射进入中波红外成像物镜组以及中波红外成像探测器，实现白天时段的中波红外成像。

从目标发射的光经过主成像望远镜的主镜、次镜、反射镜，光经反射镜反射后入射到库德光路系统中的第一反射镜上，光又经第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜；光经第四反射镜反射后进入缩束系统Ⅰ，光经过缩束系统Ⅰ中的反射镜反射后入射到能动光学系统中的倾斜反射镜，光经过倾斜反射镜后再经波前校正器出射。

本发明的有益效果是：

1）自适应波前探测系统采用低阶波前探测，并具有背景扣除功能，提高白天波前探测系统的信噪比。

2）红外成像波段采用短波与中波波段，一是在两者波段天光背景较弱，提高成像信噪比；二是此波段大气相干长度更长，降低大气扰动对红外成像系统的影响。

3）红外成像采用中波红外波段时，采用定制大F数红外相机，保证红外长焦距成像时的冷阑匹配，降低光机系统自身的热背景噪声，提高成像清晰度。

4）自适应低阶波前探测系统与红外成像系统通过分色镜的光谱分光，处在不同工作波段，提高系统能量利用率。

附图说明

图1为适合白天目标观测的地基高分辨力红外成像望远镜示意图；

图中：1、主镜，2、次镜，3、反射镜，4、主成像望远镜，5、第一反射镜，6、第二反射镜，7、第三反射镜，8、第四反射镜，9、库德光路系统，10、缩束系统Ⅰ，11、倾斜反射镜，12、波前校正器，13、能动光学系统，14、分色镜，15、缩束系统Ⅱ，16、哈特曼传感器，17、自适应波前探测系统，18、分色镜，19、短波红外成像物镜组，20、短波红外成像探测器，21、反射镜，22、中波红外成像物镜组，23、中波红外成像探测器，24、红外成像系统。

具体实施方式

如图1所示，适合白天目标观测的地基高分辨力红外成像望远镜，主要由主成像望远镜4、库德光路系统9，缩束系统Ⅰ10、能动光学系统13、自适应波前探测系统17和红外成像系统24组成。

主成像望远镜4由主镜1、次镜2和反射镜3组成。

库德光路系统9由第一反射镜5、第二反射镜6、第三反射镜7和第四反射镜8组成。

缩束系统Ⅰ10为离轴三反射光学系统。

能动光学系统13由倾斜反射镜11和波前校正器12组成。

自适应波前探测系统17由反射镜14、缩束系统Ⅱ15和哈特曼传感器16组成。所述自适应波前探测系统17采用低阶波前探测，并具有背景扣除功能，提高白天波前探测系统的信噪比。

红外成像系统24由分色镜18、短波红外成像物镜组19、短波红外成像探测器20、反射镜21、中波红外成像物镜组22和中波红外成像探测器23组成。

从目标发射的光经过主成像望远镜4和库德光路系统9进入库德房，光继续经过缩束系统Ⅰ10，缩束系统Ⅰ10的作用是将望远镜发射的光束口径压缩到与倾斜反射镜11及波前校正器12口径匹配，并使波前校正器12与望远镜主镜1满足物像关系。

光通过缩束系统Ⅰ10后先后入射到倾斜反射镜11和波前校正器12，光从波前校正器12出射后到达分色镜14，经过分色后近红外光反射进入缩束系统Ⅱ15，光经过缩束系统Ⅱ15后被哈特曼传感器16接收，探测波前整体倾斜误差以及波前的低阶像差，用于控制倾斜反射镜11与波前校正器12，实现对整体倾斜误差的校正与波前误差的部分校正。缩束系统Ⅱ15的作用是将光束口径缩小到与哈特曼传感器16阵列微透镜匹配的光束口径。

短波红外与中波红外光透过分色镜14，到达分色镜18，经过分色后短波红外光反射进入短波红外成像物镜组19以及短波红外成像探测器20，实现白天时段的短波红外成像。中波红外光透过分色镜18，到达反射镜21，经过反射后中波红外光进入中波红外成像物镜组22以及中波红外成像探测器23，中波红外成像探测器23采用定制型大F数红外相机，保证红外长焦距成像时的冷阑匹配，降低光机系统自身的热背景噪声，实现白天时段的中波红外成像。

Claims

1.适合白天目标观测的地基高分辨力红外成像望远镜，由主成像望远镜（4）、库德光路系统（9）、缩束系统Ⅰ（10）、能动光学系统（13）、自适应波前探测系统（17）和红外成像系统（24）组成；其特征是，从目标发射的光经过主成像望远镜（4）、库德光路系统（9）、缩束系统Ⅰ（10）和能动光学系统（13）；

光从能动光学系统（13）出射后进入自适应波前探测系统（17），光在自适应波前探测系统（17）中首先经过分色镜（14），光经过分色镜（14）后近红外光反射到缩束系统Ⅱ（15）再被哈特曼传感器（16）接收，探测波前整体倾斜误差以及波前的低阶像差，用于控制能动光学系统（13），实现对整体倾斜误差的校正与波前误差的部分校正；

光经过分色镜（14）后短波红外与中波红外光透射到达分色镜（18），光经过分色镜（18）后短波红外部分光反射进入短波红外成像物镜组（19）以及短波红外成像探测器（20），实现白天时段的短波红外成像；中波红外光透过分色镜（18）到达反射镜（21），中波红外光经过反射进入中波红外成像物镜组（22）以及中波红外成像探测器（23），实现白天时段的中波红外成像。

2.根据权利要求1所述的适合白天目标观测的地基高分辨力红外成像望远镜，其特征在于，从目标发射的光经过主成像望远镜（4）的主镜（1）、次镜（2）、反射镜（3），光经反射镜（3）反射后入射到库德光路系统（9）中的第一反射镜（5）上，光又经第二反射镜（6）、第三反射镜（7）和第四反射镜（8）；光经第四反射镜（8）反射后进入缩束系统Ⅰ（10），光经过缩束系统Ⅰ（10）后入射到能动光学系统（13）中的倾斜反射镜（11），光经过倾斜反射镜（11）后再经波前校正器（12）出射。

3.根据权利要求1所述的适合白天目标观测的地基高分辨力红外成像望远镜，其特征在于，中波红外成像探测器（23）采用定制型大F数红外相机，保证红外长焦距成像时的冷阑匹配，降低光机系统自身的热背景噪声。