[发明专利]用于高空中工作的机载吊舱光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种可见、红外双波段成像光学系统，尤其涉及一种适用于高空中工作的机载吊舱成像光学系统。

背景技术

制空权在现代战争中起到了越来越重要的作用，机载吊舱以其灵活快捷的优点在航空领域倍受关注。通过调研国内外机载吊舱研究现状，可以看出航空机载吊舱的发展势头强劲，不断追求高分辨、宽覆盖、远距离以及全天候成像。同时，体积和重量的减小意味着飞行速度和距离的增加，因此在满足成像质量的前提下，体积小、结构紧凑的光学系统也成为研究的热点。

目前，我国自行研制的机载吊舱分辨率一般较低、飞行高度多为低空或中高空。若要实现在高空中工作，分辨率高的机载吊舱光机系统对光学系统也将提出较高要求，则系统必为较长焦距，较大口径，同时，为了实现全天候成像的目的，应包括可见、红外两个光路系统，分别工作于白天和夜晚。在航空应用中，为了提高航空相机的可靠性，通常需要尽量减少设备部件，同时满足空间体积小、重量轻和功耗小的要求，若对两个系统分别设计将无法达到此目的。因此，目前迫切需要研制一种可以在高空中工作，同时满足体积和成像质量要求的机载吊舱光学系统。

发明内容

为了解决机载吊舱工作高度、体积以及成像质量方面的问题，本发明提出了一种可以实现远距离、高分辨率以及全天候成像的可见、红外双波段机载吊舱光学系统，同时兼顾系统小型化、轻量化的需求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的:

一种用于高空中工作的机载光学系统，包括可见光路和中波红外光路共用的反射系统，反射可见光、透射中波红外的分光系统，可见光路补偿透镜组以及中波红外光路补偿透镜组和中继透镜组四部分，其中:

所述反射系统沿光路方向由主镜和次镜组成;

所述可见光路补偿透镜组沿光路方向由第一反射镜、可见光路补偿透镜和可见光探测器组成;

所述红外光路补偿透镜组和中继透镜组沿光路方向由像散补偿镜、第二反射镜、中波红外光路补偿透镜、第三反射镜、中波红外光路中继透镜和红外探测器组成;

所述系统工作波段为可见光和中波红外波段，全波段光束通过反射系统入射到分光系统，可见光经分光系统反射后经第一反射镜及可见光路补偿透镜成像在靠近主镜下方的可见光探测器的光敏面上;中波红外光路经分光系统透射后经像散补偿镜、第二反射镜及中波红外光路补偿透镜一次成像在主镜右方，再经过第三反射镜及中波红外光路中继透镜最终二次成像在主镜上方的红外探测器光敏面上。

本发明的用于高空中工作的机载吊舱光学系统中可见光系统的工作波段为0.5～0.8μm，中波红外系统的工作波段为3.7～4.8μm，光束经过RC反射系统入射到平行平板分光镜，可见光路经过二次反射及补偿透镜成像在主镜下方的可见光探测器光敏面上。中波红外光路透过分光镜，经反射镜及补偿透镜一次成像在方镜右方处，再次经过反射镜及中继透镜最终二次成像在主镜上方的红外探测器光敏面上，实现了中波红外系统100%冷光栏效率。并且在分光镜后加入了倾斜的像散补偿镜，用以补偿倾斜平板产生的较大像散。

本发明的用于高空中工作的机载光学系统采用折反结构，可满足长焦距、大口径的需求，并且结构简单。百先参考高空中工作的先进机载吊舱的技能指标，选定探测器，分别确定可见、红外两个波段的系统焦距、口径、视场等参数。依据像差理论，通过增减透镜，改变透镜结构及材料等对其进行优化，可见光系统透镜材料的折射率限制在1.4～1.8之间，中波红外系统材料选为常用的中波红外材料。为满足可见、红外部分共光路的要求，两系统各自优化过程中保持前端两反RC系统的所有参数不变。最后得到本发明的用于高空中工作的机载光学系统的光学结构。

本发明的用于高空中工作的机载吊舱光学系统，为实现结构紧凑的目的，平行平板分光镜倾斜45°置于主镜和次镜间靠近主镜处，反射可见光，透过中波红外。各光路再次经过反射镜折叠光路，最终分别成像于主镜的上下方，从而达到缩小体积的要求。

本发明具有以下优点:

1、该系统采用可见光路和中波红外光路共用反射镜的结构形式，不仅满足双波段探测的需求，而且结构相对简单，大大减少了系统的体积和重量。

2、该系统中平行平板分光镜置于主次镜间靠近主镜位置处，将光束分成两路，并通过折叠反射镜分别成像在主镜上下方，从而有效地利用了体积空间，使结构更加紧凑。

3、满足体积的前提下，该系统实现了长焦距、大口径及高分辨率成像，可见光系统焦距达2100mm，中波红外系统焦距达1568mm，从而适用于高空中工作。