CN109407289A - 一种用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统 - Google Patents

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周军
甄政
欧文
李娟�
李昂
王英瑞
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Abstract

本发明公开了一种用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统，包括：主反射镜(1)和次反射镜(2)，还包括：探测器窗口(3)和透镜组(4)；其中主反射镜(1)、次反射镜(2)和探测器窗口(3)组成前段成像部分，透镜组(4)组成后段成像部分。工作时，入射光束首先照射至主反射镜(1)的凹面，然后反射至次反射镜(2)的凸面，再反射后进入探测器窗口(3)，经探测器窗口(3)会聚为中间像面，中间像面再依次经过杜瓦内部透镜组(4)的三个透镜后聚焦到焦平面(6)，以焦平面(6)接收到的系统自身热辐射能量计算得到的等效黑体辐射温度低于180K。本系统的长度、体积均得到大幅压缩，制冷响应快，用在远距离、低背景探测平台。

Description

一种用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统
技术领域
本发明涉及一种折反式低辐射光学系统，特别是一种用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统。
背景技术
对远距离、低背景探测的光电系统，低辐射光学系统是其瓶颈技术，也是最关键的组合之一。对光机元件制冷是获得低辐射光学系统最为有效的方法。以往的低辐射光学系统多为在低温杜瓦内放置光机元件的全反射光学系统，全反射光学系统光学与机械元件均由同一种金属材料制造，实现光学系统在制冷过程中同等收缩，保证光学系统在低温下的成像质量。采用全反光学系统制冷的低辐射光学系统具有易实现大通光口径、制冷形式简单等优点，但其也存在杜瓦体积巨大、质量较重、热载荷极大、制冷缓慢(反应时间较长)等缺点，且当光学系统口径增大时，这些缺点会越来越突出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统，解决以往低辐射光学系统制冷系统体积巨大、质量较重、热载荷极大、制冷缓慢的问题。
一种用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统，包括：主反射镜和次反射镜，还包括：探测器窗口和透镜组；其中主反射镜、次反射镜和探测器窗口组成前段成像部分，位于探测器外；透镜组组成后段成像部分，位于探测器杜瓦内。
前段成像部分工作在常温环境下，后段成像部分工作在80K低温环境下。前段成像部分中，主反射镜为抛物面结构，次反射镜为高次非球面结构，探测器窗口为弯月形透镜结构，探测器窗口两个表面均为球面。后段成像部分中，透镜组包含三片单晶锗高次非球面透镜，其中第二片透镜为探测器的冷光阑。
用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统工作时，入射光束首先照射至主反射镜的凹面，然后反射至次反射镜的凸面，再反射后进入探测器窗口，经探测器窗口会聚为中间像面，中间像面再依次经过杜瓦内部透镜组的三个透镜后聚焦到焦平面。为保证系统的低辐射功能，主反射镜、次反射镜反射面反射率大于99.2％。光学系统工作时，以焦平面接收到的系统自身热辐射能量计算得到的等效黑体辐射温度低于180K。
本发明的折反式光学系统由两片较大的反射镜及若干较小的透镜组成，因此其热辐射主要由透镜产生。若将折反式光学系统的透镜与红外探测器一体设计，即将透镜放置在红外探测器杜瓦内部，既能实现大通光口径、短光学长度、低辐射，同时解决了以往低辐射光学系统制冷系统体积巨大、热载荷极大、制冷缓慢等缺点。本发明采用大口径常温反射镜与小口径低温透镜结合的方法获得大口径低辐射光学系统。由于光学系统中的透镜组放置在了红外探测器杜瓦内部，相比传统探测器与光学系统分离的系统，相当于省略了以往的探测器的长度，因此光学系统的长度、体积均得到大幅压缩。此外，由于只是对很小口径、很小质量的透镜进行制冷，制冷响应较快，可应用在各类远距离、低背景探测平台，尤其是弹载平台。
附图说明
图1一种用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统组成示意图。
1.主反射镜 2.次反射镜 3.探测器窗口 4.透镜组 5.冷光阑 6.焦平面
具体实施方式
一种用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统，包括：主反射镜1和次反射镜2，还包括：探测器窗口3和透镜组4；其中主反射镜1、次反射镜2和探测器窗口3组成前段成像部分，位于探测器内；透镜组4组成后段成像部分，位于探测器杜瓦外。
前段成像部分工作在常温环境下，后段成像部分工作在80K低温环境下。前段成像部分中，主反射镜1为抛物面结构，次反射镜2为高次非球面结构，探测器窗口3为弯月形透镜结构，探测器窗口3的两个表面均为球面。后段成像部分中，透镜组4包含三片单晶锗高次非球面透镜，其中第二片透镜为探测器的冷光阑5。
用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统工作时，入射光束首先照射至主反射镜1的凹面，然后反射至次反射镜2的凸面，再反射后进入探测器窗口3，经探测器窗口3会聚为中间像面，中间像面再依次经过杜瓦内部透镜组4的三个透镜后聚焦到焦平面6。为保证系统的低辐射功能，主反射镜1、次反射镜2反射面反射率大于99.2％。光学系统工作时，以焦平面6接收到的系统自身热辐射能量计算得到的等效黑体辐射温度低于180K。

Claims (5)

1.一种用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统，包括：主反射镜(1)和次反射镜(2)，其特征在于还包括：探测器窗口(3)和透镜组(4)；其中主反射镜(1)、次反射镜(2)和探测器窗口(3)组成前段成像部分，透镜组(4)组成后段成像部分。
2.根据权利要求1所述用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统，其特征在于：用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统工作时，入射光束首先照射至主反射镜(1)的凹面，然后反射至次反射镜(2)的凸面，再反射后进入探测器窗口(3)，经探测器窗口(3)会聚为中间像面，中间像面再依次经过杜瓦内部透镜组(4)的三个透镜后聚焦到焦平面(6)，为保证系统的低辐射功能，主反射镜(1)、次反射镜(2)反射面反射率大于99.2％，光学系统工作时，以焦平面(6)接收到的系统自身热辐射能量计算得到的等效黑体辐射温度低于180K。
3.根据权利要求1所述用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统，其特征在于：主反射镜(1)、次反射镜(2)和探测器窗口(3)位于探测器外且工作温度为常温，透镜组(4)置于探测器杜瓦内且工作温度为80K。
4.根据权利要求1所述用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统，其特征在于：前段成像部分中，主反射镜(1)为抛物面结构，次反射镜(2)为高次非球面结构，探测器窗口(3)为弯月形透镜结构，探测器窗口(3)两个表面均为球面。
5.根据权利要求1所述用于远距离低背景探测的折反式低辐射光学系统，其特征在于：后段成像部分中，透镜组(4)包含三片单晶锗高次非球面透镜，其中第二片透镜为探测器的冷光阑(5)。
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