CN112946907A - 大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机 - Google Patents

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Abstract

大视场可见‑红外一体化紧凑型光学相机，涉及空间光学成像技术领域，解决现有机在设计过程中除了要对可见光镜组设计之外，还要进行后继红外镜组的设计与衔接，导致无法在空间上实现小型化设计等问题，目标发出的光束经过前组光学系统后，光束经过分色镜反射后，再成像于可见光探测器上；经过所述分色镜透射的红外光束经过平面反射镜分别反射在前组光学系统的两侧，被反射后的红外光束再通过红外校正镜组成像在红外探测器上；实现可见光和红外光的高空间分辨率成像；本发明具有大视场、体积小、集可见光与红外于一体、无遮拦特点的长焦距光学系统，可以同时实现可见光谱段与红外谱段的高空间分辨率对地侦查和测绘。

Description

大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机
技术领域
本发明涉及空间光学成像技术领域，具体涉及一种大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机。
背景技术
红外波段的相机不仅可以在夜间正常工作，还可以对高温和烟雾进行预警，弥补可见光观测的不足。同时观测可见光与红外两个波段可以提升相机对不同观测环境的适应能力。提高相机分辨率和拓展相机的观测谱段是空间遥感相机今后发展的重要方向。但是传统可见-红外一体化相机多为全反射式，传统折反射形式不能满足大视场和小型化的要求。
目前已成功发射的空间相机的光学系统形式主要有透射式、离轴反射式和同轴反射式。由于对空间分辨率要求不断提高，空间相机的焦距也不断增大，高空间分辨率相机的焦距普遍大于1000mm。与此同时，对相机的包络尺寸要求也有严格的限制，这就需要在有限的空间内实现长焦距光学相机的设计。若光学相机仅为可见光波长谱段成像，实现小型化设计相对容易；如果光学相机为可见-红外谱段成像，在设计过程中除了要对可见光镜组设计之外，还要进行后继红外镜组的设计与衔接，加大了空间结构上的设计难度。
长焦距可见-红外谱段成像光学相机，在设计过程中除了要对可见光镜组设计之外，还要进行后继红外镜组的设计与衔接，传统相机很难在空间上实现小型化设计。
发明内容
本发明为解决现有相机在设计过程中除了要对可见光镜组设计之外，还要进行后继红外镜组的设计与衔接，导致无法在空间上实现小型化设计等问题，提供一种大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机。
大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机，包括前组光学系统、后组红外校正镜组、分色镜、平面反射镜、可见光探测器和制冷型红外探测器；
目标发出的光束经过前组光学系统后，光束经过分色镜反射后，再成像于可见光探测器上；经过所述分色镜透射的红外光束分别经过两个平面反射镜反射在前组光学系统的两侧，被反射后的两组红外光束再分别通过红外校正镜组成像在对应的制冷型红外探测器上；实现可见光和红外光的高空间分辨率成像。
所述分色镜反射500nm-900nm可见光，透射3-5μm的红外光束。
所述前组光学系统中主镜、次镜、三镜和四镜均为偶次非曲面反射镜；
所述后组红外校正镜组均为红外材料透镜，其中第一透镜、第三透镜和第四透镜为正光焦度透镜，第二透镜为负光焦度透镜，第五透镜为弯月透镜，孔径光阑位于第五透镜后，孔径光阑后为滤光片；
所述滤光片为中波红外探测器组件在单模块红外探测器前放置的滤光片，为实现窄带探测；
制冷型红外探测器为中波线列红外探测器组件。
本发明的有益效果：
本发明所述的光学相机是一种具有大视场、体积小、集可见光与红外于一体、无遮拦特点的长焦距光学系统，可以同时实现可见光谱段与红外谱段的高空间分辨率对地侦查和测绘。本发明在保证小体积和长焦距的基础上还能实现大视场的特性，尤其适合作为小体积、低成本、多谱段一体化微纳卫星的高分辨率相机。
本发明的整个光学系统结构紧凑，后继2组红外校正镜组分别位于前组光学系统两侧，与传统可见-红外一体化设计相比，降低了光学系统的高度和长度；而且后继镜组为同轴透射镜组，与全反射式后继校正组相比，大大降低了系统的装调难度，兼具大视场、高空间分辨率与小型化等特点，特别适用于微纳卫星的高分辨率可见-红外一体化遥感光学相机。
附图说明
图1为前组(可见光)光学系统示意图；
图2为前组光学系统传递函数曲线图；
图3为后组红外校正镜组示意图；
图4后组红外校正镜组传递函数曲线图；
图5为红外成像光学系统示意图；
图6为红外成像光学系统传递函数曲线图；
图7为红外成像光学系统点列图。
具体实施方式
结合图1至图7说明本实施方式，大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机，包括前组光学系统、后组红外校正镜组、分色镜、平面反射镜、可见光探测器和制冷型红外探测器。分色镜位于四镜和可见光探测器之间，目标发出的光束经过前组光学系统后，光束先经过分色镜，再成像于可见光探测器上。本发明中采用的分色镜反射500nm-900nm可见光，透射3-5μm的红外光束。经过分色镜后透射的红外光束经过反射镜分别反射在前组光学系统的两侧，被反射后的红外光束再通过红外校正镜组成像在红外探测器上。大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机可以同时实现可见光和红外的高空间分辨率成像；
结合图1，所述前组光学系统包括光线依次经过主镜1-1、次镜1-2、三镜1-3和四镜1-4后到达分色镜1-5，经过分色镜1-5反射可见光束后，可见光的像最终成像在可见光探测器像面1-6上。光学系统中，前组光学系统的主镜1-1、次镜1-2、三镜1-3、四镜1-4的反射面均镀高反射率膜。分色镜1-5为一种精确的滤光片，反射可见光谱段光束，透射红外谱段光束，从而提高红外成像系统的信噪比。红外光束透过分色镜，通过后组红外校正组成像在制冷型红外探测器像面上。
本实施方式所述的前组光学系统中，主镜1-1、次镜1-2、三镜1-3和四镜1-4均为偶次非曲面反射镜；所述主镜1-1、次镜1-2的间距、次镜1-2、三镜1-3的间距、三镜1-3、四镜1-4的间距基本相同，充分利用了有限的空间，实现压缩光路的目的。
结合图3，所述红外校正镜组包括第一透镜2-1、第二透镜2-2、第三透镜2-3、第四透镜2-4、第五透镜2-5、孔径光阑2-6和滤光片2-7；
所述第一透镜2-1、第三透镜2-3和第四透镜2-4为正光焦度透镜，第二透镜2-2为负光焦度透镜，第五透镜2-5为弯月透镜，孔径光阑2-6位于第五透镜2-5后，孔径光阑2-6后方为滤光片2-7。第一透镜2-1、第三透镜2-3和第四透镜2-4的前表面为偶次非球面，其它表面均为标准球面。红外校正镜组均镀高透射率膜。
本实施方式中，所述后组红外校正镜组的滤光片为中波红外探测器组件在单模块红外探测器前放置的滤光片，为实现窄带探测；制冷型红外探测器2-8为中波线列红外探测器组件。红外探测器组件由红外探测器芯片、滤光片、冷光阑、冷箱和制冷机共同组成。
本实施方式所述的光学相机的入瞳直径为350mm，视场角为6°*0.2°，可见光工作谱段为400nm～900nm，F数为6。红外工作谱段为3μm-5μm，F数为3。
本实施方式中，使用的制冷型红外探测器有冷屏，需要制冷，因此需要设置一次像。红外校正镜组的主要作用是把前组光学系统的一次像实现二次成像，同时满足红外光学系统焦距指标。
本实施方式所述的光学相机的视场角为6°*0.2°，如果后组红外校正镜组仅使用一组镜组直接对一次像成像的话，透镜组尺寸势必会很大，占用很大的空间尺寸，不利于装调和光学相机小型化的设计。所以在一次像前插入平面反射镜3-1及平面反射镜3-2，将一次像平均分割为两部分，此时一次像后的红外校正镜组尺寸小，实现相机小型化及轻量化设计。红外校正镜组与前组光学系统连接为左挂式和右挂式连接，红外校正组分别位于前组光学系统的两侧。位于双侧的红外校正镜组高度小于前组光学系统的高度，给后续制冷型红外探测器安装留有充分的空间。
结合图5至图7说明本实施方式，图5为红外校正镜组与前组光学系统连接方式，红外校正组分别位于前组光学系统的两侧。图6中，每个视场均包含子午光线的调制传递函数曲线以及弧矢光线的调制传递函数曲线，为视场角的单位，图中包含7个视场角状态下的调制传递函数曲线，分别为0.75°*7.55°、1.5°*7.55°、3°*7.55°、1.5°*7.65°、0°*7.75°、1.5°*7.75°与3°*7.75°。25线对处，其各视场设计平均传函均优于0.5。图7中，点列图表示了所设置的7个入射光束视场的位置，RMS表示点列图的均方根半径。
本实施方式所述的光学相机的是一种具有大视场、体积小、集可见光与红外于一体、无遮拦特点的长焦距光学系统，可以同时实现可见光谱段与红外谱段的高空间分辨率对地侦查和测绘。本发明在保证小体积和长焦距的基础上还能实现大视场的特性，尤其适合作为小体积、低成本、多谱段一体化微纳卫星的高分辨率相机。
本实施方式基于航天光学遥感器小型化的紧迫需求，与传统可见-红外光学相机相比，兼具大视场、高空间分辨率与小型化等特点。

Claims (6)

1.大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机，包括前组光学系统、后组红外校正镜组、分色镜(1-5)、平面反射镜、可见光探测器(1-6)和制冷型红外探测器(2-8)；其特征是：
目标发出的光束经过前组光学系统后，光束经过分色镜(1-5)反射后，再成像于可见光探测器(1-6)上；经过所述分色镜(1-5)透射的红外光束分别经过两个平面反射镜反射在前组光学系统的两侧，被反射后的两组红外光束再分别通过红外校正镜组成像在对应的制冷型红外探测器(2-8)上；实现可见光和红外光的高空间分辨率成像。
2.根据权利要求1所述的大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机，其特征在于：所述分色镜(1-5)反射500nm-900nm可见光，透射3-5μm的红外光束。
3.根据权利要求1所述的大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机，其特征在于：所述前组光学系统中主镜(1-1)、次镜(1-2)、三镜(1-3)和四镜(1-4)均为偶次非曲面反射镜；
4.根据权利要求1所述的大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机，其特征在于：所述后组红外校正镜组均为红外材料透镜，其中第一透镜(2-1)、第三透镜(2-3)和第四透镜(2-4)为正光焦度透镜，第二透镜(2-2)为负光焦度透镜，第五透镜(2-5)为弯月透镜，孔径光阑(2-6)位于第五透镜(2-5)后，孔径光阑(2-6)后为滤光片(2-7)；
5.根据权利要求4所述的大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机，其特征在于：所述滤光片(2-7)为中波红外探测器组件在单模块红外探测器(2-8)前放置的滤光片，为实现窄带探测；
6.根据权利要求5所述的大视场可见-红外一体化紧凑型光学相机，其特征在于：制冷型红外探测器(2-8)为中波线列红外探测器组件。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114280763A (zh) * 2021-12-03 2022-04-05 中国科学院西安光学精密机械研究所 宽温高气动轻巧型共缩束可见中波红外扫描稳像光学系统

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102062932A (zh) * 2010-10-22 2011-05-18 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 非制冷双视场红外光学系统
CN102508361A (zh) * 2011-10-31 2012-06-20 北京空间机电研究所 空间大视场超宽谱段多光谱成像光学系统
US20120250167A1 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 Kantatsu Co., Ltd. Imaging lens
CN102829877A (zh) * 2011-12-17 2012-12-19 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种适用于量子阱探测器红外热像仪的红外光学系统
CN103344334A (zh) * 2013-07-10 2013-10-09 北京空间机电研究所 基于有中间像离轴三反的宽光谱多通道成像光学系统
CN104330874A (zh) * 2014-10-27 2015-02-04 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种非制冷型红外光学系统
CN106125280A (zh) * 2016-08-19 2016-11-16 四川九洲电器集团有限责任公司 用于视场拼接的折返式光学系统
CN108152973A (zh) * 2017-12-13 2018-06-12 北京华航无线电测量研究所 一种可见光与中波红外共口径复合光学系统
CN111045102A (zh) * 2019-12-28 2020-04-21 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种红外与激光接收共口径复合探测系统
CN211478738U (zh) * 2019-12-30 2020-09-11 天津欧菲光电有限公司 一种光学镜组、摄像头模组及终端
CN211786320U (zh) * 2020-03-23 2020-10-27 天津欧菲光电有限公司 用于近红外光波段成像的光学系统、镜头模组和电子设备
CN112230409A (zh) * 2020-09-28 2021-01-15 北京空间机电研究所 一种高效率可见红外共口径离轴光学系统

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102062932A (zh) * 2010-10-22 2011-05-18 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 非制冷双视场红外光学系统
US20120250167A1 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 Kantatsu Co., Ltd. Imaging lens
CN102508361A (zh) * 2011-10-31 2012-06-20 北京空间机电研究所 空间大视场超宽谱段多光谱成像光学系统
CN102829877A (zh) * 2011-12-17 2012-12-19 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种适用于量子阱探测器红外热像仪的红外光学系统
CN103344334A (zh) * 2013-07-10 2013-10-09 北京空间机电研究所 基于有中间像离轴三反的宽光谱多通道成像光学系统
CN104330874A (zh) * 2014-10-27 2015-02-04 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种非制冷型红外光学系统
CN106125280A (zh) * 2016-08-19 2016-11-16 四川九洲电器集团有限责任公司 用于视场拼接的折返式光学系统
CN108152973A (zh) * 2017-12-13 2018-06-12 北京华航无线电测量研究所 一种可见光与中波红外共口径复合光学系统
CN111045102A (zh) * 2019-12-28 2020-04-21 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种红外与激光接收共口径复合探测系统
CN211478738U (zh) * 2019-12-30 2020-09-11 天津欧菲光电有限公司 一种光学镜组、摄像头模组及终端
CN211786320U (zh) * 2020-03-23 2020-10-27 天津欧菲光电有限公司 用于近红外光波段成像的光学系统、镜头模组和电子设备
CN112230409A (zh) * 2020-09-28 2021-01-15 北京空间机电研究所 一种高效率可见红外共口径离轴光学系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114280763A (zh) * 2021-12-03 2022-04-05 中国科学院西安光学精密机械研究所 宽温高气动轻巧型共缩束可见中波红外扫描稳像光学系统
CN114280763B (zh) * 2021-12-03 2023-02-14 中国科学院西安光学精密机械研究所 宽温高气动轻巧型共缩束可见中波红外扫描稳像光学系统

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