多光谱共口径光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电及光学设计领域，特别地，涉及一种多光谱共口径光学系统。
【背景技术】
[0002]光电瞄准系统是目前新式飞机研宄的重点之一，光电瞄准系统一般包括IRST(Infra-Red Search and Track，红外搜索跟踪)系统，远距离侦察和定位系统以及其他系统。
[0003]IRST系统通常用于检测和跟踪目标发射的红外辐射，比如喷气式飞机、直升机。这里的IRST系统一般是被动式的，因为IRST系统不像雷达或者光学探测或者测距系统，IRST系统并不传输或者发射任何辐射。然而，一些IRST系统可以和能够提供目标对象位置信息的激光测距系统进行组合，使得对目标的搜索和跟踪更加精确。因此目前IRST系统被广泛安装在飞机上，特别是战斗机，因为它可以极大的提高战斗机的空中优势。如其名字，IRST系统通常工作在红外波段，但是，可见光检测能力也一般会内置在IRST系统内，因此目前的IRST系统具有可见-红外双波段探测能力。
[0004]远距离侦察是军事收集图像情报的重要手段。远距离侦察的重点波段为:可见光波段(0.4微米左右至0.7微米左右)、近红外波段(大约0.7微米~1微米)、短波红外波段(约I微米到3微米)、中波红外波段(约3微米到5微米)以及长波红外(约8微米到12微米)。
[0005]另一方面，定位功能包括目标的定位和识别，例如战斗机和轰炸机的目标识别功能。目标识别功能还可以引导精确制导，例如激光制导炸弹或者导弹。一些瞄准系统具有一个激光发射器，这就允许了飞机来指定自己的目标和标定友军目标。
[0006]将上述功能中的两个或者多个组合在一起以更加适应复杂多变的侦察环境是目前所需要解决的难题。采用多个单系统组合在一起的形式，首先是成本高，再者多个单独系统被安装在飞行器内增加了工程上的复杂性，也提高了体积和重量。另外，各个单独的系统的视场并不是统一的:IRST —般要求方位角(水平方向)很宽，一般是作为前视系统；远距离侦察则需倾斜角(水平方向)很宽，一般是旁视系统；定位系统则要求俯仰角很宽。但现有技术中，尚无将多个单系统集成并口径以形成用于航空领域的多功能光学系统。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种多光谱共口径光学系统，以解决光学系统难以系统集成以满足多功能化及小型化需求的技术问题。
[0008]本发明采用的技术方案如下:
一种多光谱共口径光学系统，包括:用于光线入射或者出射的窗口，设于窗口后端的扫描系统，被扫描的目标光线经无焦望远系统或者宽视场插入镜进入光信号分离检测系统，光信号分离检测系统包括用于发射并接收激光束的激光检测子系统、红外探测子系统及可见光探测子系统， 进入光信号分离检测系统后的光线经组合式分色镜分离后分别被激光检测子系统、红外探测子系统、可见光探测子系统探测。
[0009]进一步地，组合式分色镜包括:
设置于进入光信号分离检测系统的光线入射路径上的第一分色镜，用于反射激光束至激光检测子系统、将激光检测子系统发射的激光束反射出激光检测子系统并允许可见光和红外光透射；
第二分色镜，设于第一分色镜的透射光路上，用于反射可见光并透射红外光；
第三分色镜，设于第二分色镜的反射光路上，用于反射可见光；
红外探测子系统设于第二分色镜的透射光路上，可见光探测子系统设于第三分色镜的反射光路上。
[0010]进一步地，激光检测子系统设有用于发射自准直光束的发射装置，自准直光束透射第一分色镜，且沿其在第一分色镜的透射光路上设置用于反射自准直光束的光束方向保持装置，
自准直光束再经第一分色镜的后表面反射进入第二分色镜，并依次第二分色镜反射、第三分色镜透射，且在透射过第三分色镜的光路上设置自准直探测器。
[0011]进一步地，可见光波段的波长为0.5-0.8微米，红外光波段的波长为3~5微米。
[0012]进一步地，扫描系统包括第一反射镜、第二反射镜，
第一反射镜位于窗口与第二反射镜之间。
[0013]进一步地，无焦望远系统或者宽视场插入镜与光信号分离检测系统之间依次设有消旋装置及快速反射镜。
[0014]进一步地，无焦望远系统采用折轴三反结构，包括:
第三反射镜，用于对目标入射光线进行反射，其反射面为凹面，偶次非球面；
第四反射镜，用于对第三反射镜反射光线进行反射，其反射面为凸面，偶次非球面； 第五反射镜，用于对第四反射镜反射光线进行反射，其反射面为平面；
第六反射镜，用于对第四反射镜反射光线进行反射，其反射面为凹面，偶次非球面； 上述反射面对于激光、可见光及红外光均产生反射。
[0015]进一步地，无焦望远系统采用卡塞格林结构，包括:
主镜，用于对目标入射光线进行反射，其反射面为凹面，偶次非球面，主镜上设有中心开孔；
次镜，用于对由主镜反射出来的光束进行反射，得到反射光束经过主镜的中心开孔出射，其反射面为凸面，偶次非球面；
第七反射镜，用于将次镜反射的会聚光进行发散，变为平行光束，第七反射镜表面为凹面，偶次非球面；
上述反射面对于激光、可见光及红外光均产生反射。
[0016]本发明具有以下有益效果:
本发明多光谱共口径光学系统，将被扫描的目标光线经无焦望远系统或者宽视场插入镜导入信号分离检测系统，实现了激光、红外及可见光多个波段的光线集成的检测光学系统，其中，经无焦望远系统进入信号分离检测系统时，实现了长焦距窄视场，减少了整个系统窗口尺寸的同时，提高了单个波段系统的口径和视场，经宽视场插入镜进入信号分离检测系统时，实现了短焦距宽视场。本发明多光谱共口径光学系统结构紧凑，满足了光电系统的小型化及多功能化的需求。
[0017]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0018]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明优选实施例多光谱共口径光学系统的结构示意图；以及图2是本发明优选实施例采用折轴三反结构前端的多光谱共口径光学系统的结构示意图。
[0019]附图标记说明:
1、窗口；
2、第一反射镜；3、第二反射镜；
4、无焦望远系统；5、消旋装置；
6、快速反射镜；
7、第一分色镜；
8、第二分色镜；
9、第三分色镜；
10、激光检测子系统；
11、红外探测子系统；
12、可见光探测子系统；
13、自准直探测器；
14、光束方向保持装置；
15、光信号分离检测系统；
16、宽视场插入镜。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0021]参照图1，本发明的优选实施例提供一种多光谱共口径光学系统，包括:用于光线入射或者出射的窗口 1，设于窗口 I后端的扫描系统，被扫描的目标光线经无焦望远系统4或者宽视场插入镜16进入光信号分离检测系统15。其中，光信号分离检测系统15包括用于发射并接收激光束的激光检测子系统10、红外探测子系统11及可见光探测子系统12，进入光信号分离检测系统15后的光线经组合式分色镜分离后分别被激光检测子系统10、红外探测子系统11、可见光探测子系统12探测。本实施例多光谱共口径光学系统，将经过扫描后的光线经无焦望远系统或者宽视场插入镜导入信号分离检测系统，实现了激光、红外及可见光多个波段的光线集成的检测光学系统，其中，经无焦望远系4统进入信号分离检测系统15时，实现了长焦距窄视场，减少了整个系统窗口尺寸的同时，提高了单个波段系统的口径和视场，经宽视场插入镜16进入信号分离检测系统15时，实现了短焦距宽视场。本发明多光谱共口径光学系统结构紧凑，满足了光电系统的小型化及多功能化的需求，尤其适用于光电瞄准系统，可以整合IRST功能、远距离侦察和定位功能。
[0022]在侦察模式下，如远距离侦察或者IRST模式，远处目标物体发射的辐射光线通过窗口 I进而被朝着场景方向或者目标方向的扫描系统接收，本实施例中，扫描系统包括第一反射镜2和第二反射镜3。该扫描系统，是利用在成像物镜前置的平面反射镜实现大角度扫描，如图1，轴线AA’与第一反射镜2反射光线平行，第一反射镜2围绕轴线AA旋转的结构就可以允许反射镜2接收不同俯仰角和方位角的目标光线，这些入射光线经过摆镜表面反射朝向同一个方向。光线经过第二反射镜3进入无焦望远系统4或者进入宽视场插入镜
16。当光束穿过无焦望远系统4，实现了长焦距窄视场。当光束经过宽视场插入镜16，实现了短焦宽视场。
[0023]参照图1，本实施例中，组合式分色镜包括:
设置于进入光信号分离检测系统15的光线入射路径上的第一分色镜7，用于反射激光束至激光检测子系统10、将激光检测子系统10发射的激光束反射出激光检测子系统10并允许可见光和红外光透射；
第二分色镜8，设于第一分色镜7的透射光路上，用于反射可见光并透射红外光；
第三分色镜9，设于第二分色镜8的反射光路上，用于反射可见光；
红外探测子系统11设于第二分色镜8的透射光路上，可见光探测子系统12设于第三分色镜9的反射光路上。
[0024]优选地，无焦望远系统4与光信号分离检测系统15之间依次设有消旋装置5及快速反射镜6。其中，消旋装置5可以是DOVE棱镜等类似消旋装置，用于对目标图像进行校正，通过消旋装置5的光束经过快速反射镜6进入第一分色镜7，本实施例中，第一分色镜7为激光分色镜，激光分色镜将激光反射进入激光光路并允许可见光和红外光线透过。进入激光光路的激光被引导进激光检测子系统10中。透过激光分色镜的可见光和红外光线被分别引导进入其各自的光路。二色光束分离器根据入射的波长引导光线