本實用新型涉及一種寬波段大視場大口徑折軸三反無焦光學(xué)系統(tǒng)，可適用于第三代前視紅外系統(tǒng)的前置無焦望遠系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：無焦系統(tǒng)也稱為望遠系統(tǒng)，作為一種重要的光學(xué)系統(tǒng)，主要應(yīng)用于激光擴束、紅外與前視紅外、望遠鏡頭及變焦鏡頭中。其中，前視紅外系統(tǒng)由前置望遠無焦系統(tǒng)和后繼成像系統(tǒng)構(gòu)成。前置望遠無焦系統(tǒng)作為多通道成像系統(tǒng)的共孔徑部分，將入射光瞳進行壓縮，掃描機構(gòu)位于出瞳處，經(jīng)反射出的準直光束進入后繼成像系統(tǒng)。隨著美國雷聲公司與夜視和電子傳感器委員會合作研發(fā)的第三代前視紅外成像系統(tǒng)，新一代紅外系統(tǒng)向著視場可調(diào)節(jié)范圍不斷擴大；探測波段不斷展寬；探測器分辨率不斷提高；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)小型化的方向發(fā)展。與此同時，對于光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計要求，也與前幾代紅外系統(tǒng)截然不同，要求光學(xué)系統(tǒng)具有拓寬的視場、大的相對口徑和展寬的波段。其中，加寬的光譜帶對光學(xué)材料的選擇和設(shè)計結(jié)構(gòu)型式的選取都有影響。常見的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大致可分為折射式、反射式和折反式三種。對于折射式和折反式系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)若要實現(xiàn)寬波段、大口徑等特點，常常要引入特殊的光學(xué)材料或更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來消除二級光譜的影響，因此其應(yīng)用受到一定的限制。相比之下，反射式光學(xué)系統(tǒng)完全無色差，對光的衰減比透射材料小且空間利用率高，可以很好地實現(xiàn)寬波段、大口徑、小型化的應(yīng)用需求。目前，國內(nèi)外大多采用離軸三反鏡光學(xué)系統(tǒng)，但其存在一定的不足，比如離軸反射系統(tǒng)雖然能夠避免二次遮攔，具有良好的像質(zhì)。但對于大口徑系統(tǒng)，其離軸量較大，倍率難于做大，且加工成本及裝調(diào)難度大大增加。技術(shù)實現(xiàn)要素：本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種無二次遮攔，寬視場，高放大倍率，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，適用于于第三代前視紅外系統(tǒng)的前置無焦望遠鏡系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是提供一種寬波段大視場大口徑折軸三反無焦光學(xué)系統(tǒng)，它包括主反射鏡、次反射鏡、三反射鏡和平面掃描鏡，所述的主反射鏡為拋物面鏡，次反射鏡為雙曲面鏡，三反射鏡為雙曲面鏡；所述的光學(xué)系統(tǒng)采用具有中間實像的折軸三反結(jié)構(gòu)，主反射鏡、次反射鏡和三反射鏡分別位于不同的光軸，它們的光焦度均為正；主反射鏡和次反射鏡構(gòu)成望遠物鏡，三反射鏡為準直鏡；所述光學(xué)系統(tǒng)的入瞳位于主反射鏡上，來自目標的紅外輻射經(jīng)主反射鏡和次反射鏡反射后，在所述的主反射鏡和次反射鏡之間形成中間像，再經(jīng)三反射鏡準直后，出射的平行光路出瞳位于平面掃描鏡處；光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌位于主反射鏡上。在本實用新型技術(shù)方案中，主反射鏡相對于入射光方向，主反射鏡的偏心范圍為20mm～40mm,傾斜范圍為0°～2°；次反射鏡相對于入射光方向，次反射鏡的偏心范圍為20mm～40mm,傾斜范圍為1°～5°；三反射鏡相對于入射光方向，三反射鏡的偏心范圍為-55mm～-30mm,傾斜范圍為5°～10°。當所述的望遠物鏡系統(tǒng)的焦距為f1，準直鏡的焦距為f2，三反無焦光學(xué)系統(tǒng)的光束壓縮比M=f1/f2。平面掃描鏡的光學(xué)口徑為主反射鏡口徑的1/M，M為光束壓縮比。本實用新型所述的寬波段大視場大口徑折軸三反無焦光學(xué)系統(tǒng)的主鏡、次鏡和三鏡分別位于不同的光軸，適用于更寬的視場成像。光學(xué)系統(tǒng)的物鏡和三鏡均為正光焦度，相當于一個開普勒望遠鏡，且放大倍率為5.5倍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)勢在于：1.光學(xué)系統(tǒng)采用非球面來實現(xiàn)大視場要求，結(jié)構(gòu)緊湊，滿足系統(tǒng)寬視場和小型化的要求。2.光學(xué)系統(tǒng)通過對各反射面鏡進行微小的偏心和傾斜，實現(xiàn)無二次遮攔的寬波段大視場大口徑折軸三反無焦光學(xué)系統(tǒng)，便于后繼成像部件的接收與成像。3.與同軸系統(tǒng)相比，光學(xué)系統(tǒng)仍保留相似的結(jié)構(gòu)，但避免二次遮攔；視場相對可做大。4.與傳統(tǒng)離軸系統(tǒng)相比，本實用新型提供的光學(xué)系統(tǒng)體積更?。灰氲钠暮蛢A斜量很小，但縮小倍率較大。附圖說明圖1為本實用新型實施例提供的寬波段大視場大口徑折軸三反無焦光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的寬波段大視場大口徑折軸三反無焦光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線圖；圖3為本實用新型實施例提供的寬波段大視場大口徑折軸三反無焦光學(xué)系統(tǒng)的點列圖；圖1中：1、主反射鏡和入瞳位置；2、次反射鏡；3、中間像面；4、三反射鏡；5、平面掃描鏡和出瞳位置；6、理想透鏡；7、理想像面。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型技術(shù)方案作進一步的具體闡述。實施例1本實施例提供的一種寬波段大視場大口徑折軸三反無焦光學(xué)系統(tǒng)，它包括拋物面主反射鏡、雙曲面次反射鏡、雙曲面三反射鏡和平面掃描鏡。三反無焦系統(tǒng)采用有中間像的折軸TMA結(jié)構(gòu)形式，將來自目標的紅外輻射寬光束壓縮成細光束，同時放大視場角，無二次遮攔的引出實出瞳，便于后繼成像部件的接收與成像。參見附圖1，它為本實施例提供的寬波段大視場大口徑折軸三反無焦光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，光學(xué)系統(tǒng)的入瞳位于主反射鏡1上，與其共軛的出瞳位于平面掃描鏡5處；來自遠處目標的紅外輻射能量經(jīng)過望遠鏡的物鏡組拋物面主反射鏡1和雙曲面次反射鏡2后，形成目標的中間像3，其位置處于雙曲面三反射鏡4的焦點上，再通過三反射鏡4對光路進行準直，出射的平行光路出瞳位于平面掃描鏡5處；無焦光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌位于主反射鏡1上。主反射鏡1、次反射鏡2和三反射鏡4分別位于不同的光軸，光焦度均為正；主反射鏡1和次反射鏡2構(gòu)成望遠物鏡，望遠物鏡系統(tǒng)的焦距為f1，三反射鏡4為準直鏡，準直鏡的焦距為f2，則無焦望遠光學(xué)系統(tǒng)的光束壓縮比M=f1/f2。平面掃描鏡5的光學(xué)口徑為主反射鏡1口徑的1/M，M為光束壓縮比。為了便于對光學(xué)系統(tǒng)進行分析與評價，在出射的平行光路中加入理想透鏡組6，使其理想成像在理想像面7上。本實施例提供的折軸三反無焦光學(xué)系統(tǒng)，MTF接近衍射極限。系統(tǒng)技術(shù)指標如下：望遠鏡通光口徑：φ320mm；視場：2°×3.2°；工作波長：3μm～12μm；望遠鏡放大倍率：5.5倍。本實用新型的光學(xué)系統(tǒng)最大的特點就是在它保留了與同軸系統(tǒng)相類似的結(jié)構(gòu)，通過微小的偏心和傾斜，實現(xiàn)無二次遮攔的引出實出瞳；采用非球面來實現(xiàn)大視場要求，結(jié)構(gòu)緊湊，體積?。磺蚁鄬﹄x軸系統(tǒng)而言，便于裝調(diào)，成本降低。本實施例提供的用于寬波段大視場大口徑的折軸三反無焦光學(xué)系統(tǒng)，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示，各個反射鏡的偏心量與傾斜量如表2所示表1折軸三反無焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)反射鏡半徑/mm間距/mmConic焦距/mm高次項系數(shù)主鏡-598.6-211.6-1--3.1E-16，-1.8E-20，4.5E-25次鏡-235.1544.7-2.8---3.6E-13，1.2E-16，-1.6E-20三鏡-395.5-295.3-1.2---1.6E-13，2.6E-17，-2.0E-21掃描鏡--200------理想透鏡--200--200--表2各反射面偏心與傾斜量反射鏡偏心（mm）傾斜（°）主鏡29.2730.436次鏡23.1962.364三鏡-41.6026.805參見附圖2，它是系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）曲線，當波長3μm、7.5μm、12μm處權(quán)重因子均為1時，取樣數(shù)為64×64，光學(xué)系統(tǒng)理想像面處的調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）曲線，如圖2所示。其中黑線表示衍射極限MTF曲線，其他曲線表示不同視場的情況，可見像質(zhì)接近衍射極限。參見附圖3，它是光線追跡理想像平面上的點列圖，圖中黑色圓圈表示艾里斑。可見像斑大部分能量集中在艾里斑內(nèi)，表明該系統(tǒng)具有好的成像質(zhì)量。當前第1頁1 2 3