CN110646931A - 一种制冷型大相对孔径离轴四反光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制冷型大相对孔径离轴四反光学系统，该光学系统沿光线传递方向包括第一平面反射镜(1)、第二平面反射镜(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、分光平板(5)、第三反射镜(6)、第四反射镜(7)、冷光阑(8)和探测器像面(9)。第二反射镜(4)和第三反射镜(6)具有负的光焦度，第一反射镜(3)和第四反射镜(7)具有正的光焦度。该系统采用制冷型红外探测器，满足100％冷光阑匹配效率；光学系统焦距长，可以实现对较远距离目标进行观测；冷光阑(8)和探测器像面(9)相对于第四反射镜(7)的出射光线同轴使用，系统可以采用同轴杜瓦瓶，成本低；系统通过分光平板(5)，可以根据使用需求添加其它探测光路。

Description

一种制冷型大相对孔径离轴四反光学系统
技术领域
本发明涉及工作于红外波段的成像光学系统设计领域，特别是一种基于制冷型红外探测器的离轴反射型光学系统设计领域。
背景技术
反射型成像光学系统与透射型光学系统相比，具有无色差、大口径、重量轻和热稳定性好等优点，在空间遥感领域有着广泛的应用。离轴反射型光学系统与同轴反射型光学系统相比，无中心遮拦，能量利用率高。红外成像光学系统是一种被动成像光学系统，具有隐蔽性好，抗干扰能力强和环境适应性好等优点。
制冷型红外探测器与非制冷型红外探测器相比，由于其工作温度较低，具有更高的信噪比和灵敏度。为了减少背景噪声，制冷型红外探测器的杜瓦瓶内部设置了冷光阑,与制冷型红外探测器搭配使用的红外光学系统，需要将光学系统的孔径光阑与探测器冷光阑完全匹配，才能将背景热噪声的影响降至最低，实现最佳的成像性能。
在大相对孔径离轴反射型成像光学系统中，系统孔径光阑与冷光阑匹配较难，设计难度大。目前，国内相关专利较少，在国外的相关专利U.S.Patent 4,265,510、U.S.Patent 4,834,517和U.S.Patent 5,550,672中，基于制冷型红外探测器的离轴反射型成像光学系统中，冷光阑和探测器大都离轴使用，系统需要使用离轴杜瓦瓶，成本高；另外目前基于制冷型红外探测器的离轴反射型光学系统设计，相对孔径较小，没有分光装置，无法添加其它探测光路，用途受限。
发明内容
本发明的目的是为了克服以下问题：现有制冷离轴反射型光学系统冷光阑和探测器像面离轴使用，成本高；相对孔径较小，不利于对较远距离目标进行观测。本发明提出了一种制冷型大相对孔径离轴四反光学系统设计，系统采用同轴杜瓦瓶，成本低；系统相对孔径大，可以对较远距离目标进行观测；系统通过分光平板，可以根据使用需求添加其它探测光路。
本发明采用的技术方案为：一种制冷型大相对孔径离轴四反光学系统，该光学系统包括第一平面反射镜1、第二平面反射镜2、第一反射镜3、第二反射镜4、分光平板5、第三反射镜6、第四反射镜7、冷光阑8和探测器像面9。
光线从无穷远入射，依次经过第一平面反射镜1、第二平面反射镜2、第一反射镜3、第二反射镜4、分光平板5、第三反射镜6、第四反射镜7和冷光阑8，最终到达探测器像面9；光学系统采用的是制冷型红外探测器，满足100％冷光阑匹配效率。
第一平面反射镜1其倾斜量数值在20～50度之间；第二平面反射镜2其倾斜量数值在45～85度之间；第一反射镜3具有正的光焦度，其曲率半径在600～800mm之间，其偏轴量数值在20～30mm之间，其倾斜量数值在0～10度之间；第二反射镜4具有负的光焦度，其曲率半径在400～500mm之间，其偏轴量数值在42～68mm之间，其倾斜量数值在0～3度之间；第三反射镜6具有负的光焦度，其半径在260～310mm之间，其偏轴量数值在15～42mm之间，其倾斜量数值在8～16度之间；第四反射镜7具有正的光焦度，其半径在210～280mm之间，其偏轴量数值在-45～-22mm之间，其倾斜量数值在12～21度之间。
第一平面反射镜1其倾斜量数值为37.5度；第二平面反射镜2其倾斜量数值为75度；第一反射镜3具有正的光焦度，其曲率半径为743.36mm，其偏轴量数值为23.2mm，其倾斜量数值为-3.08度；第二反射镜(4)具有负的光焦度，其曲率半径为460.5mm，其偏轴量数值为52mm，其倾斜量数值为0.65度；第三反射镜6具有负的光焦度，其曲率半径为305.94mm，其偏轴量数值为25.92mm，其倾斜量数值为12.89度；第四反射镜7具有正的光焦度，其曲率半径为258.98mm，其偏轴量数值为-31.4mm，其倾斜量数值为17.85度。
第一平面反射镜1和第二平面反射镜2在系统前面用来折叠光路。
第一平面反射镜1用于对探测视场进行二维空间扫描。
在第二反射镜4和第三反射镜6之间存在中间像面可以放置视场光阑，抑制杂散光；在第二反射镜4和第三反射镜6之间有分光平板5，可以根据使用需求添加其它探测光路。
冷光阑和探测器像面相对于第四反射镜7的出射光线同轴使用，光学系统采用同轴杜瓦瓶，降低系统的调试难度和成本。
本发明的优点在于：系统相对孔径大，可以实现对较远距离目标进行观测；冷光阑8和探测器像面9相对于第四反射镜7的出射光线同轴使用，系统可以采用同轴杜瓦瓶，装配难度小、成本低；在第二反射镜4和第三反射镜6之间存在中间像面可以放置视场光阑，抑制杂散光；在第二反射镜4和第三反射镜6之间有分光平板5，可以根据使用需求添加其它探测光路。
附图说明
图1为本发明的光学系统的光学布局图。
图2为本发明的光学系统的光学调制传递函数(MTF)示意图。
图中：第一平面反射镜1，第二平面反射镜2，第一反射镜3、第二反射镜4、分光平板5、第三反射镜6、第四反射镜7、冷光阑8和探测器像面9。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明按图1所示的光路实施，工作波段为7.5-13.0μm，像方焦距为405mm，入瞳口径为160mm，相对口径为1/2.53，视场角为2.4°×1.92°。第一平面反射镜1其倾斜量数值为37.5度；第二平面反射镜2其倾斜量数值为75度；第一反射镜3具有正的光焦度，其曲率半径为743.36mm，其偏轴量数值为23.2mm，其倾斜量数值为-3.08度；第二反射镜4具有负的光焦度，其曲率半径为460.5mm，其偏轴量数值为52mm，其倾斜量数值为0.65度；第三反射镜6具有负的光焦度，其曲率半径为305.94mm，其偏轴量数值为25.92mm，其倾斜量数值为12.89度；第四反射镜7具有正的光焦度，其曲率半径为258.98mm，其偏轴量数值为-31.4mm，其倾斜量数值为17.85度。分光平板5和中间像面在第二反射镜4和第三反射镜6之间，系统满足100％冷光阑效率,冷光阑到像面的距离为45mm。
调制传递函数(MTF)是光学镜头的综合评价指标，从图2可知该系统各个视场的MTF都接近衍射极限，说明该光学系统在全视场范围内成像质量良好。

Claims (7)

1.一种制冷型大相对孔径离轴四反光学系统，其特征是：该光学系统包括第一平面反射镜(1)、第二平面反射镜(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、分光平板(5)、第三反射镜(6)、第四反射镜(7)、冷光阑(8)和探测器像面(9)；光线从无穷远入射，依次经过第一平面反射镜(1)、第二平面反射镜(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、分光平板(5)、第三反射镜(6)、第四反射镜(7)和冷光阑(8)，最终到达探测器像面(9)；光学系统采用的是制冷型红外探测器，满足100％冷光阑匹配效率。
2.根据权利要求1所述的制冷型大相对孔径离轴四反光学系统，其特征是：第一平面反射镜(1)其倾斜量数值在20～50度之间；第二平面反射镜(2)其倾斜量数值在45～85度之间；第一反射镜(3)具有正的光焦度，其曲率半径在600～800mm之间，其偏轴量数值在20～30mm之间，其倾斜量数值在0～10度之间；第二反射镜(4)具有负的光焦度，其曲率半径在400～500mm之间，其偏轴量数值在42～68mm之间，其倾斜量数值在0～3度之间；第三反射镜(6)具有负的光焦度，其半径在260～310mm之间，其偏轴量数值在15～42mm之间，其倾斜量数值在8～16度之间；第四反射镜(7)具有正的光焦度，其半径在210～280mm之间，其偏轴量数值在-45～-22mm之间，其倾斜量数值在12～21度之间。
3.根据权利要求1所述的制冷型大相对孔径离轴四反光学系统，其特征是：第一平面反射镜(1)其倾斜量数值为37.5度；第二平面反射镜(2)其倾斜量数值为75度；第一反射镜(3)具有正的光焦度，其曲率半径为743.36mm，其偏轴量数值为23.2mm，其倾斜量数值为-3.08度；第二反射镜(4)具有负的光焦度，其曲率半径为460.5mm，其偏轴量数值为52mm，其倾斜量数值为0.65度；第三反射镜(6)具有负的光焦度，其曲率半径为305.94mm，其偏轴量数值为25.92mm，其倾斜量数值为12.89度；第四反射镜(7)具有正的光焦度，其曲率半径为258.98mm，其偏轴量数值为-31.4mm，其倾斜量数值为17.85度。
4.根据权利要求1所述的制冷型大相对孔径离轴四反光学系统，其特征是：第一平面反射镜(1)和第二平面反射镜(2)在系统前面用来折叠光路。
5.根据权利要求1所述的制冷型大相对孔径离轴四反光学系统，其特征是：第一平面反射镜(1)用于对探测视场进行二维空间扫描。
6.根据权利要求1所述的制冷型大相对孔径离轴四反光学系统，其特征是：在第二反射镜(4)和第三反射镜(6)之间存在中间像面可以放置视场光阑，抑制杂散光；在第二反射镜(4)和第三反射镜(6)之间有分光平板(5)，可以根据使用需求添加其它探测光路。
7.根据权利要求1所述的制冷型大相对孔径离轴四反光学系统，其特征是：冷光阑和探测器像面相对于第四反射镜(7)的出射光线同轴使用，光学系统采用同轴杜瓦瓶，降低系统的调试难度和成本。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114815203A (zh) * 2022-04-11 2022-07-29 北京理工大学 一种大相对孔径离轴四反射式非轴向变焦成像光学系统
CN114815202A (zh) * 2022-04-11 2022-07-29 北京理工大学 一种大相对孔径离轴六反非轴向变焦成像光学系统
CN116625527A (zh) * 2023-07-18 2023-08-22 中国科学院光电技术研究所 一种红外冷光阑匹配在线检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030179443A1 (en) * 2002-03-22 2003-09-25 Cook Lacy G. Compact four-mirror anastigmat telescope
CN101930112A (zh) * 2010-05-19 2010-12-29 福建福光数码科技有限公司 中波红外侦察跟踪镜头
CN201698079U (zh) * 2010-05-19 2011-01-05 福建福光数码科技有限公司 中波红外侦察跟踪镜头
CN104111520A (zh) * 2014-07-17 2014-10-22 中国科学院光电技术研究所 一种离轴反射成像光学系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030179443A1 (en) * 2002-03-22 2003-09-25 Cook Lacy G. Compact four-mirror anastigmat telescope
CN101930112A (zh) * 2010-05-19 2010-12-29 福建福光数码科技有限公司 中波红外侦察跟踪镜头
CN201698079U (zh) * 2010-05-19 2011-01-05 福建福光数码科技有限公司 中波红外侦察跟踪镜头
CN104111520A (zh) * 2014-07-17 2014-10-22 中国科学院光电技术研究所 一种离轴反射成像光学系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
丁学专等: "《离轴四反射镜光学系统设计》", 《红外与激光工程》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114815203A (zh) * 2022-04-11 2022-07-29 北京理工大学 一种大相对孔径离轴四反射式非轴向变焦成像光学系统
CN114815202A (zh) * 2022-04-11 2022-07-29 北京理工大学 一种大相对孔径离轴六反非轴向变焦成像光学系统
CN114815203B (zh) * 2022-04-11 2023-05-05 北京理工大学 一种大相对孔径离轴四反射式非轴向变焦成像光学系统
CN116625527A (zh) * 2023-07-18 2023-08-22 中国科学院光电技术研究所 一种红外冷光阑匹配在线检测方法
CN116625527B (zh) * 2023-07-18 2023-11-17 中国科学院光电技术研究所 一种红外冷光阑匹配在线检测方法

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