反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统的制作方法

本发明涉及红外光学系统领域，尤其涉及一种反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统。

背景技术：

1、红外光学系统以其自身的诸多优点，如被动工作方式、隐蔽性好、具有不易被干扰、图像直观、易于观察、精度高、低空探测性能好,因此广泛应用于各类光电设备系统中。

2、一般的，红外光学系统大多数工作在某一个单一波段，最常用的红外系统为中波红外探测系统和长波红外探测系统,二者各有优点,中波红外探测系统在湿热的大气环境中透过率更高,更适合应用于沙漠、海面地区,而长波红外探测系统在陆地区域透过率更高，对于浓烟、大雾的复杂环境,长波红外探测系统的适应性更好。由于区域不同、气候温度改变和目标伪装，单一波段的系统获取精准信息的能力减弱。红外双波段成像系统不受复杂背景光的干扰，同时可在两个波段内探测获取目标信息，可有效剔除目标的伪装信息,提高目标的探测与识别能力和识别速率,从而可明显地降低虚警率。

3、目前机载、舰载或车载红外搜索跟踪系统主要为第三代，即基于面阵扫描型。面阵扫描型为了提升系统的探测距离，一般采用长焦距光学系统，以便获得更高的分辨率，但是导致较小的瞬时视场，为保证积分时间内视轴稳定，保证框架连续转动的前提下，设计一种反扫装置来实现每一视场内的场景凝视补偿，使得每一个视场内场景图像在器件积分时间内相对于器件本身保持静止，消除输出图像的拖尾。

4、因此，利用红外双波段成像的光学系统，能够剔除目标的伪装信息，提高识别能力，同时还需要有二维快反镜机构来补偿成像设备工作期间由平台运动和载机姿态变化产生的像移，使用消旋棱镜来弥补二维扫描镜旋转产生的像旋，红外成像光学系统频繁的应用在导航、警戒、侦查等领域的光电设备中。

技术实现思路

1、本发明主要目的是提供一种反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，具有成像波段范围宽、焦距长、体积小、大相对孔径和分辨率高等特点，且双波段具有良好的成像质量。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、提供一种反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，包括卡赛格林反射系统、共光路前组、dt棱镜、二维快反镜以及中波后组和长波后组，其中：

4、物方成像光束经过卡赛格林反射系统后一次成像，经过共光路前组形成的望远系统后，再经过dt棱镜、二维反扫镜、后组共用组后到达分光镜，该分光镜45°放置，通过该分光镜透射长波，反射中波；

5、经分光镜反射的中波光束经过中波后组，通过该中波后组校正像差，汇聚成像，并前后移动中波后组中的光学元件实现中波调焦，最后成像在中波探测器上；

6、经分光镜透射的长波光束经过长波后组，通过该长波后组校正像差，汇聚成像，并前后移动长波后组中的光学元件实现长波调焦，最后成像在长波探测器上。

7、接上述技术方案，卡赛格林反射系统包括共光轴的主镜和次镜，其中主镜中间开孔。

8、接上述技术方案，共光路前组包括与卡赛格林反射系统共光轴的四个后组共用透镜。

9、接上述技术方案，卡赛格林反射系统主镜和次镜材料为微晶玻璃，dt棱镜材料为硒化锌，二维反扫镜材料为硅。

10、接上述技术方案，主镜是一片凹面向物方的反射镜，次镜是一片凸面向像方的反射镜。

11、接上述技术方案，共光路前组包括前组透镜一、前组透镜二、前组透镜三和前组透镜四，前组透镜一是一片凸面向像方的弯月形锗正透镜，前组透镜二是一片凸面向像方的弯月形硒化锌正透镜，前组透镜三是一片双凹硫化锌负透镜，前组透镜四是一片双凸锗正透镜。

12、接上述技术方案，中波后组包括后组共用透镜一、后组共用透镜二、后组共用透镜三，中波后组透镜一是一片双凸硅正透镜，中波后组透镜二是一片凸面向像方的弯月形锗负透镜，中波后组透镜三是一片凸面向物方的弯月形硅正透镜。

13、接上述技术方案，长波后组包括长波后组透镜一、长波后组透镜二、长波后组透镜三；长波后组透镜一是一片双凸锗正透镜，长波后组透镜二是一片凸面向像方的弯月形硫化锌负透镜，长波后组透镜三是一片凸面向物方的弯月形锗正透镜。

14、接上述技术方案，镜头中波、长波焦距均为360mm，f数为2。

15、本发明还提供一种中波、长波制冷探测器，其用于感知上述技术方案所述的反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统的出射光。

16、本发明产生的有益效果是：整个光学系统镜头共用了卡赛格林反射系统、前组透镜、dt棱镜、二维快反镜以及后组透镜，大大降低了系统的复杂程度，结构紧凑；采用反射式共光路后置汇聚光路中分光的结构，也缩短了系统尺寸，减小系统的体积。且镜头采用分光镜对中波和长波进行分光，透射长波波段，反射中波波段，结构简单稳定。

17、在平行光路中使用dt棱镜来消除二维扫描镜旋转产生的像旋；且在平行光路中采用二维反扫镜实现方位和俯仰的反扫，增大了系统的物方视场，实现每一视场内的场景凝视补偿，消除了成像设备工作期间由平台运动和载机姿态变化产生的像移，从而消除输出图像的拖尾。

18、进一步地，整个光学系统镜头通过合理的初始结构建立，合适的光学材料选择，合理的光焦度分配，校正因红外光学材料在中波和长波波段的色散不同而引起的色差，将双波段的像差均进行了良好的校正。

19、进一步地，光学系统镜头在中波和长波的调焦效果良好，对近距离目标观测和较宽的温度范围内都有良好的成像质量。镜头在中波、长波的像质均接近衍射极限。

20、进一步地，本发明使用多片非球面来优化像质，减小透镜数量，提高系统的透过率。

21、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，其特征在于，包括卡赛格林反射系统、共光路前组、dt棱镜、二维快反镜以及中波后组和长波后组；其中：

2.根据权利要求1所述的反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，其特征在于，卡赛格林反射系统包括共光轴的主镜和次镜，其中主镜中间开孔。

3.根据权利要求1所述的反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，其特征在于，共光路前组包括与卡赛格林反射系统共光轴的四个后组共用透镜。

4.根据权利要求2所述的反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，其特征在于，卡赛格林反射系统主镜和次镜材料为微晶玻璃，dt棱镜材料为硒化锌，二维反扫镜材料为硅。

5.根据权利要求2所述的反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，其特征在于，主镜是一片凹面向物方的反射镜，次镜是一片凸面向像方的反射镜。

6.根据权利要求3所述的反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，其特征在于，共光路前组包括前组透镜一、前组透镜二、前组透镜三和前组透镜四，前组透镜一是一片凸面向像方的弯月形锗正透镜，前组透镜二是一片凸面向像方的弯月形硒化锌正透镜，前组透镜三是一片双凹硫化锌负透镜，前组透镜四是一片双凸锗正透镜。

7.根据权利要求1所述的反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，其特征在于，中波后组包括后组共用透镜一、后组共用透镜二、后组共用透镜三，中波后组透镜一是一片双凸硅正透镜，中波后组透镜二是一片凸面向像方的弯月形锗负透镜，中波后组透镜三是一片凸面向物方的弯月形硅正透镜。

8.根据权利要求1所述的反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，其特征在于，长波后组包括长波后组透镜一、长波后组透镜二、长波后组透镜三；长波后组透镜一是一片双凸锗正透镜，长波后组透镜二是一片凸面向像方的弯月形硫化锌负透镜，长波后组透镜三是一片凸面向物方的弯月形锗正透镜。

9.根据权利要求1所述的反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，其特征在于，镜头中波、长波焦距均为360mm，f数为2。

10.一种中波、长波制冷探测器，其特征在于，其用于感知权利要求1-9中任一项所述的反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统的出射光。

技术总结
本发明公开了一种反射式中长波双波段共消旋共反扫光学系统，包括卡赛格林反射系统、共光路前组、DT棱镜、二维快反镜以及中波后组和长波后组；其中：物方成像光束经过卡赛格林反射系统后一次成像，经过共光路前组形成的望远系统后，再经过DT棱镜、二维反扫镜、后组共用组后到达分光镜，该分光镜45°放置，通过该分光镜透射长波，反射中波；经分光镜反射的中波光束经过中波后组后成像在中波探测器上；经分光镜透射的长波光束经过长波后组后成像在长波探测器上。本发明大大降低了光学系统的复杂程度，结构紧凑。

技术研发人员：柴炎,鲍晓静,吴耀,彭章贤,宋程,张俊
受保护的技术使用者：湖北久之洋红外系统股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27