CN107942499A - 全反射式成像系统 - Google Patents

全反射式成像系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107942499A
CN107942499A CN201711097988.8A CN201711097988A CN107942499A CN 107942499 A CN107942499 A CN 107942499A CN 201711097988 A CN201711097988 A CN 201711097988A CN 107942499 A CN107942499 A CN 107942499A
Authority
CN
China
Prior art keywords
speculum
light
reflection
mirror
total
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711097988.8A
Other languages
English (en)
Inventor
张新
王灵杰
张继真
谭双龙
曲贺盟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN201711097988.8A priority Critical patent/CN107942499A/zh
Publication of CN107942499A publication Critical patent/CN107942499A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/0215—Compact construction
    • G01J5/022—Monolithic
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0806—Focusing or collimating elements, e.g. lenses or concave mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J2005/0077—Imaging

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及空间光学技术领域，特别涉及一种全反射式成像系统，包括多色探测器和光学系统，所述多色探测器一体化设计，以及所述多色探测器内设有分光镜和多个探测器；所述光学系统采用同轴全反射式系统形式，光先入射到所述第一反射镜，所述第一反射镜将光反射到所述第二反射镜，所述第二反射镜又将光反射使得光穿过所述第一反射镜和所述第四反射镜的中心孔后，被所述第三反射镜反射，照射到所述第四反射镜，最后所述第四反射镜将光反射,使得光经过所述第三反射镜的中心孔并照射到所述分光镜上，光被分光到各个波长对应的所述探测器上，得到目标的数字图像。

Description

全反射式成像系统
技术领域
本发明涉及空间光学技术领域，特别涉及一种全反射式成像系统。
背景技术
随着新一代多波段红外探测器技术的发展，多波段成像的使用变得越来越广泛，为了成功应用新一代探测器，必须设计出能够同时具备多波段成像能力的光学系统。在红外成像领域，应用最为广泛的光谱波段为中波红外和长波红外。这两波段相比较拥有不同的优势和局限。最好的方式是采用双波段红外探测器合并以上两个波段，使它们优势互补。
目前采用的同轴光学设计的多光谱相机，一般采用折反射式形式，分光后，利用后继系统校正轴外像差和色差，分别在焦面处安装探测器，虽然成像质量较高，但成像系统结构非常复杂。
采用了全反射式方案的成像系统，系统材质一般选用碳化硅(SiC)，碳化硅的硬度大，加工不便，无法实现系统轻薄化。
发明内容
本发明旨在克服现有光机系统结构非常复杂以及无法实现系统轻型化的技术缺陷，提供一种结构简单、小型化、轻型化的全反射式成像系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，一种全反射式成像系统，包括：多色探测器和光学系统，所述多色探测器一体化设计，以及所述多色探测器内设有分光镜和多个探测器；所述光学系统中设有第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜及所述第四反射在同一光轴上；所述多色探测器前方由近到远依次放置所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜；所第一反射镜的光焦度为负，第二反射镜的光焦度为正，光先入射到所述第一反射镜，所述第一反射镜将光反射到所述第二反射镜，所述第二反射镜又将光反射使得光穿过所述第一反射镜和所述第四反射镜的中心孔后，被所述第三反射镜反射，照射到所述第四反射镜，最后所述第四反射镜将光反射，使得光经过所述第三反射镜的中心孔照射到所述分光镜上，光被分光到各个波长对应的所述探测器上，得到目标的数字图像。
进一步地，所述探测器设有中波红外探测器和长波红外探测器，所述中波红外探测器和所述长波红外探测器设计为一体，进行了高度集成。
进一步地，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜以及所述第四反射镜均采用铍铝合金材料制成。
进一步地，所述铍铝合金的比刚度为9.4*106m。
进一步地，所述第一反射镜和所述第四反射镜采用共基底设计加工方案。
进一步地，所述光学系统经过轻量化，轻量化比达到60％。
另一方面，一种全反射式成像系统，包括：第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜及第四反射镜，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜及所述第四反射镜在同一光轴上；所述第一反射镜的反射面向光前方设置，所述第二反射镜设于所述第一反射镜的前方，且所述第二反射镜的反射面向光后方设置与所述第一反射镜的反射面相向排布，所述第四反射镜设于所述第一反射镜的后方，且所述第四反射镜的反射面向光后方设置，所述第三反射镜设于所述第四反射镜的后方，且所述第三反射镜的反射面向光前方设置且与所述第四反射镜的反射面相向排布。
进一步地，所第一反射镜的光焦度为负，第二反射镜的光焦度为正，光先入射到所述第一反射镜，所述第一反射镜将光反射到所述第二反射镜，所述第二反射镜又将光反射，使得光穿过所述第一反射镜和所述第四反射镜的中心孔，被所述第三反射镜反射，照射到所述第四反射镜，最后所述第四反射镜将光反射，使得光经过第三反射镜的中心孔照射出去。
进一步地，所述第三反射镜的光焦度为正，所述第四反射镜的光焦度为正。
进一步地，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜以及所述第四反射镜均采用铍铝合金材料制成。
本发明的有益效果在于：该全反射式成像系统无需光学前端分光可以实现红外多光谱成像，系统布局紧凑。本发明采用采用同轴全反射式成像系统设计并采用一体化多色探测器，反射镜采用铍铝合金及采用轻量化设计，该系统具备体高度集成化、轻型化、高刚度、小型化、无热化、自身辐射低，同时还可以实现多谱段成像的特点。应用领域包括空间侦察、空间探测等。
附图说明
图1为本发明的全反射式成像系统的结构示意图。
光学系统 1
第一反射镜 2
第二反射镜 3
第三反射镜 4
第四反射镜 5
多色探测器 6
中波红外探测器 7
长波红外探测器 8
分光镜 9
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
如图1所示，本发明的全反射式成像系统，包括：多色探测器6和光学系统1。
如图1所示，所述多色探测器6内设有分光镜9和多个探测器，以及所述多色探测器6一体化设计及将多个所述探测器高度集成为一体，节省空间，便于使用。所述探测器设有中波红外探测器7和长波红外探测器8，所述中波红外探测器7和所述长波红外探测器8进行高度集成设计，使系统实现了高度集成化。
如图1所示，所述光学系统1采用同轴全反射式系统形式，即所有反射镜都在同一光轴上，所述光学系统1中设有第一反射镜2、第二反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5。所述第一反射镜2、所述第三反射镜4、所述第四反射镜5均开设有中心孔。
如图1所示，所述第一反射镜2、所述第二反射镜3、所述第三反射镜4以及所述第四反射镜5均采用铍铝合金材料制成。所有与反射镜连接的结构件材料与反射镜材料相同，使得反射镜与结构件的膨胀系统相同，使得温度对成像质量的影响降到最低。所述铍铝合金的比刚度为9.4*106m，实现了系统的高刚度。系统成像结构为无热化设计，使得成像系统在恶劣的空间环境条件下，成像像质依然满足使用要求。
如图1所示，在保证系统高刚度情况下，反射镜、反射镜支撑及系统结构进行了轻量化结构设计，光学系统轻量化比达到60％，实现了轻型化、小型化。
如图1所示，在其中一个实施例中，所述多色探测器6前方由近到远依次放置所述第三反射镜4、所述第四反射镜5、所述第一反射镜2、所述第二反射镜3。
具体的，光所述第一反射镜2的反射面向光前设置，所述第二反射镜3设于所述第一反射镜2的前方，且所述第二反射镜3的反射面向光后设置与所述第一反射镜2的反射面相向排布。所述第四反射镜5设于所述第一反射镜2的后方，所述第一反射镜2和所述第四反射镜5采用共基底设计的加工方案组合在一起。所述第四反射镜5的反射面向光后设置，所述第三反射镜4设于所述第四反射镜5的后方，且所述第三反射镜4的反射面向光前设置且与所述第四反射镜5的反射面相向排布。
如图1所示，该光学系统的原理如下：所述第一反射镜2的光焦度为负，第二反射镜3的光焦度为正，所述第三反射镜4的光焦度为正，所述第四反射镜5的光焦度为正。本实施例中，一束平行光先入射到所述第一反射镜2，所述第一反射镜2将光反射到所述第二反射镜3，所述第二反射镜3又将光反射使得光穿过所述第一反射镜2和所述第四反射镜5的中心孔后，被所述第三反射镜4反射，照射到所述第四反射镜5，最后所述第四反射镜5将光反射，使得光经过所述第三反射镜4的中心孔并照射到所述分光镜9上，所述所述分光镜9将光分光后，中波段的光入射到所述中波红外探测器7中，长波段的光入射到所述长波红外探测器8，最后得到目标的红外数字图像。
如图1所示，本发明的有益效果在于：该全反射式成像系统无需光学前端分光可以实现红外多光谱成像，系统布局紧凑。本发明采用采用同轴全反射式成像系统设计并采用一体化多色探测器6，反射镜采用铍铝合金及采用轻量化设计，该系统具备体高度集成化、轻型化、高刚度、小型化、无热化、自身辐射低，同时还可以实现多谱段成像的特点。本发明的主要应用领域包括空间侦察、空间探测等。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种全反射式成像系统，其特征在于，包括：多色探测器和光学系统，所述多色探测器一体化设计，以及所述多色探测器内设有分光镜和多个探测器；
所述光学系统中设有第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜及所述第四反射在同一光轴上；
所述多色探测器前方由近到远依次放置所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜；
所述第一反射镜的光焦度为负，第二反射镜的光焦度为正，光先入射到所述第一反射镜，所述第一反射镜将光反射到所述第二反射镜，所述第二反射镜又将光反射,使得光穿过所述第一反射镜和所述第四反射镜的中心孔后被所述第三反射镜反射，照射到所述第四反射镜，最后所述第四反射镜将光反射，使得光经过所述第三反射镜的中心孔照射到所述分光镜上，光被分光到各个波长对应的所述探测器上，得到目标的数字图像。
2.如权利要求1所述的全反射式成像系统，其特征在于，所述探测器设有中波红外探测器和长波红外探测器，所述中波红外探测器和所述长波红外探测器设计为一体，进行了高度集成。
3.如权利要求1所述的全反射式成像系统，其特征在于，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜以及所述第四反射镜均采用铍铝合金材料制成。
4.如权利要求3所述的全反射式成像系统，其特征在于，所述铍铝合金的比刚度为9.4*106m。
5.如权利要求1所述的全反射式成像系统，其特征在于，所述第一反射镜和所述第四反射镜采用共基底设计。
6.如权利要求1所述的全反射式成像系统，其特征在于，所述光学系统经过轻量化，轻量化比达到60％。
7.一种全反射式成像系统，其特征在于，包括：
第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜及第四反射镜，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜及所述第四反射镜在同一光轴上；
所述第一反射镜的反射面向光前方设置，所述第二反射镜设于所述第一反射镜的前方，且所述第二反射镜的反射面向光后方设置与所述第一反射镜的反射面相向排布，所述第四反射镜设于所述第一反射镜的后方，且所述第四反射镜的反射面向光后方设置，所述第三反射镜设于所述第四反射镜的后方，且所述第三反射镜的反射面向光前方设置且与所述第四反射镜的反射面相向排布。
8.如权利要求7所述的全反射式成像系统，其特征在于：所第一反射镜的光焦度为负，第二反射镜的光焦度为正，光先入射到所述第一反射镜，所述第一反射镜将光反射到所述第二反射镜，所述第二反射镜又将光反射使得光穿过所述第一反射镜和所述第四反射镜的中心孔后，被所述第三反射镜反射，照射到所述第四反射镜，最后所述第四反射镜将光反射使得光经过所述第三反射镜的中心孔照射出去。
9.如权利要求7所述的全反射式成像系统，其特征在于：所述第三反射镜的光焦度为正，所述第四反射镜的光焦度为正。
10.如权利要求7所述的全反射式成像系统，其特征在于：所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜以及所述第四反射镜均采用铍铝合金材料制成。
CN201711097988.8A 2017-11-09 2017-11-09 全反射式成像系统 Pending CN107942499A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711097988.8A CN107942499A (zh) 2017-11-09 2017-11-09 全反射式成像系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711097988.8A CN107942499A (zh) 2017-11-09 2017-11-09 全反射式成像系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107942499A true CN107942499A (zh) 2018-04-20

Family

ID=61934705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711097988.8A Pending CN107942499A (zh) 2017-11-09 2017-11-09 全反射式成像系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107942499A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111238449A (zh) * 2020-01-16 2020-06-05 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种适用于深海环境的全反射式水下相机
CN111367002A (zh) * 2018-12-25 2020-07-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双反射面共基准一体化结构及其光学系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050036219A1 (en) * 2001-12-14 2005-02-17 Francois-Xavier Doittau Multiple field cassegrain-type optical combination
US7031059B1 (en) * 1999-09-10 2006-04-18 Centre National D'etudes Spatiales Device for acquiring stereoscopic images
US20110176205A1 (en) * 2008-11-20 2011-07-21 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Integrated telescope baffle and mirror support
CN102667571A (zh) * 2009-10-15 2012-09-12 阿尔法影像有限公司 紧凑型多光谱扫描系统
CN103792010A (zh) * 2014-01-26 2014-05-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 适合于地影区目标观测及测温的望远镜长波红外成像系统
CN107167904A (zh) * 2017-06-22 2017-09-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种共口径反射式多光谱光学系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7031059B1 (en) * 1999-09-10 2006-04-18 Centre National D'etudes Spatiales Device for acquiring stereoscopic images
US20050036219A1 (en) * 2001-12-14 2005-02-17 Francois-Xavier Doittau Multiple field cassegrain-type optical combination
US20110176205A1 (en) * 2008-11-20 2011-07-21 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Integrated telescope baffle and mirror support
CN102667571A (zh) * 2009-10-15 2012-09-12 阿尔法影像有限公司 紧凑型多光谱扫描系统
CN103792010A (zh) * 2014-01-26 2014-05-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 适合于地影区目标观测及测温的望远镜长波红外成像系统
CN107167904A (zh) * 2017-06-22 2017-09-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种共口径反射式多光谱光学系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111367002A (zh) * 2018-12-25 2020-07-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双反射面共基准一体化结构及其光学系统
CN111238449A (zh) * 2020-01-16 2020-06-05 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种适用于深海环境的全反射式水下相机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9239263B2 (en) Image mapped spectropolarimetry
CN110672206B (zh) 一种双狭缝曲面棱镜色散超大视场光谱仪光学系统
CN110186562B (zh) 全波段大相对孔径Dyson光谱成像系统
US11579430B2 (en) Small form factor, multispectral 4-mirror based imaging systems
CN207280591U (zh) 双入射狭缝高分辨率成像光谱系统
CN108444600B (zh) 一种高通量宽谱段小型化成像光谱仪
CN109143558B (zh) 一种小型化全天候星敏感器光学系统
CN107703643A (zh) 一种高分辨多波段光学复合成像探测系统及其方法
CN114236559A (zh) 面向低慢小飞行器的共孔径六波段成像成谱测距光学系统
CN107942499A (zh) 全反射式成像系统
CN103017900A (zh) 双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统
CN111024231A (zh) 一种新型自校正一体化无人机载高光谱遥感系统
CN108760634A (zh) 一种用于机载水色探测的紫外-可见-近红外成像光谱仪
CN104406691B (zh) 一种基于单个自由曲面的成像光谱仪分光系统
CN109655157A (zh) 一种可见光-红外图谱探测装置及方法
US9411137B2 (en) Ultra compact inverse telephoto optical system for use in the IR spectrum
CN103308160B (zh) 大相对孔径宽视场小型化成像光谱仪光学系统
Fang et al. Dual-band infrared remote sensing system with combined long-wave infrared imaging and mid-wave infrared spectral analysis
CN108345095A (zh) 一种宽幅低杂光全天时星跟踪器光学结构
CN103852165A (zh) 一种偏轴球面蓝宝石棱镜中波红外成像光谱仪
KR20240022515A (ko) 가시광선 및 적외선 대역에서 고해상도 이미징을 위한 디옵트릭 망원경
CN107677264A (zh) 一种反射式星敏感器
Stickel et al. The optical cut-off source 0500+ 019: A background quasar seen through a foreground galaxy?
CN111006644A (zh) 一种空间太阳x射线和极紫外双分辨率成像仪
CN110631701A (zh) 会聚光分孔径多光谱成像光学系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180420