本發(fā)明屬于光學(xué)器件
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種共口徑反射式多光譜光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在工業(yè)檢測和國防軍事應(yīng)用領(lǐng)域，為了在不同外界環(huán)境下快速、及時的發(fā)現(xiàn)超遠距離目標并實現(xiàn)對超遠目標的實時跟蹤和精確測量，既要求得到目標的可見光圖像，還需要得到目標的紅外圖像，同時對光學(xué)系統(tǒng)的口徑提出很高的要求?？梢姾图t外結(jié)合的多光譜光學(xué)系統(tǒng)其可見光能被人眼接受，觀測方便，而且在夜間和微光條件下，以及在有霧或有遮擋時紅外系統(tǒng)具有良好的煙霧、塵埃穿透能力，無晝夜限制受環(huán)境影響小等優(yōu)點。而且，對于高空偵察或偵察打擊型大型機載平臺而言，為提高目標探測/識別能力，要求其負載的光學(xué)系統(tǒng)具有空間分辨率高、作用距離遠、識別概率高等特點。這要求該光學(xué)系統(tǒng)具有極長的焦距，長焦距即意味著大口徑，同時為了實現(xiàn)機載環(huán)境中成像的穩(wěn)定，需要增加基于快速反射鏡的二級穩(wěn)定伺服控制，這就要求光路中必須存在平行光路，因此此類光學(xué)系統(tǒng)可以分為兩個組成部分：1將光線準直縮束的望遠鏡系統(tǒng)；2進行成像的成像系統(tǒng)。目前國內(nèi)外對于多光譜光學(xué)系統(tǒng)的研究均有涉及，為了降低設(shè)計難度，這兩個光學(xué)系統(tǒng)通常是單獨設(shè)計的、分離的，在使用時需要兩個光學(xué)系統(tǒng)才能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能，這會造成系統(tǒng)體積過大、重量太重，不能適用于高空偵察或偵察打擊型機載平臺。為了克服上述缺陷，申請?zhí)枮?01510204445.6的中國專利申請文件中公開了一種雙波段共口徑共光路成像光學(xué)系統(tǒng)，中波和長波系統(tǒng)通過共用主反射鏡、次反射鏡和準直透鏡組，構(gòu)成望遠系統(tǒng)，然后分光路通過透射式成像組實現(xiàn)各自成像。申請?zhí)枮?01310248836.9的中國專利申請文件中公開了一種紅外和可見光共口徑共光路變焦成像光學(xué)系統(tǒng)，紅外和可將光共用前固定組、變焦組和補償組，然后通過棱鏡分光各自通后固定組成像。上述兩種專利為了實現(xiàn)多光譜共口徑系統(tǒng)，都采用了或者部分采用的透射元件，這種方案中要求對透射元件在紅外和可見光波段均有較高的透過率，這種材料目前常見的有多光譜zns，氟化物晶體(mgf2，caf2和baf2等)，藍寶石等，它們價格較貴，而且一些氟化物材料具有一定水溶性，對環(huán)境濕度要求較高。另外含有透射式元件的系統(tǒng)對溫度變化敏感，需要單獨進行消熱和溫控設(shè)計，提高了系統(tǒng)成本和設(shè)計難度。而全反射式共口徑光多光譜學(xué)系統(tǒng)由于在多波段均有很高的反射率，結(jié)構(gòu)緊湊重量輕，而且具有很好的溫度穩(wěn)定性，具有很好的應(yīng)用前景。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明提供了一種共口徑反射式多光譜光學(xué)系統(tǒng)，本發(fā)明實現(xiàn)了長焦距多波段光學(xué)系統(tǒng)共口徑成像，且具有結(jié)構(gòu)相對緊湊、重量輕、成像質(zhì)量好、可在較寬溫度下穩(wěn)定工作的特點。一種共口徑反射式光學(xué)系統(tǒng)，包括望遠系統(tǒng)光路和成像系統(tǒng)光路；所述望遠系統(tǒng)光路從光束入射方向依次包括主鏡1，次鏡2，第三反射鏡3，第四反射鏡4以及快速反射鏡5；所述成像系統(tǒng)光路依次排布包括第六反射鏡6，第七反射鏡7，第八反射鏡8以及成像鏡組；其中，主鏡1、次鏡2、第三反射鏡3和第四反射鏡4在同一光軸上，主鏡1和次鏡2形成卡塞格林結(jié)構(gòu)形式；第三反射鏡3位于次鏡2所成的第一像面之后；第四反射鏡4位于次鏡2與第三反射鏡3之間，接收第三反射鏡3的反射光線，并將其反射至快速反射鏡5；快速反射鏡5位于望遠系統(tǒng)光路的光軸上方；所述第六反射鏡6、第七反射鏡7和第八反射鏡8位于同一光軸上；第六反射鏡6接收快速反射鏡5的反射光，并將其反射至第七反射鏡7；第七反射鏡7再將光線反射至第八反射鏡8；其中，第八反射鏡8位于第六反射鏡6與第七反射鏡7之間；所述成像鏡組對第八反射鏡8的反射光進行接收和成像。較佳的，所述成像鏡組包括成像轉(zhuǎn)折平面反射鏡9和兩個探測器；成像轉(zhuǎn)折平面反射鏡9可在光路中切入和切出；探測器ii位于第八反射鏡8的焦平面上；探測器i位于成像轉(zhuǎn)折平面反射鏡9的焦平面上；所述兩個探測器為響應(yīng)可見光0.5～0.7μm、短波紅外0.9～1.5μm、中波紅外3～5μm和長波8～12μm四種波段中的任意兩種。較佳的，所述主鏡1面型為拋物面，次鏡2為雙曲面；第三反射鏡3為二次曲面；第四反射鏡4為高次非球面，其出射光為平行光；第六反射鏡6和第七反射鏡7均為雙曲面，第八反射鏡8為高次非球面。較佳的，所有反射鏡材料為鋁、鈹或鈹鋁。較佳的，所有與反射鏡連接的結(jié)構(gòu)件材料與反射鏡材料相同。較佳的，所述光學(xué)系統(tǒng)的工作溫度范圍為-50℃～+60℃。本發(fā)明具有如下有益效果：1、本發(fā)明整個光路分為兩個部分，第一部分用于將光束進行準直縮束的望遠系統(tǒng)光路，第二部分為可用于所有波段成像的成像系統(tǒng)光路部分。望遠系統(tǒng)光路中主鏡1和次鏡2為卡塞格林結(jié)構(gòu)形式，主鏡面型為拋物面，次鏡為雙曲面；通過光路折疊有效的縮減系統(tǒng)尺寸，采用全反射式望遠系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，減輕的系統(tǒng)重量，反射鏡支撐和固定材料采用與鏡面相同的金屬，從而大大提高了系統(tǒng)的溫度適應(yīng)性和穩(wěn)定性，而現(xiàn)有的技術(shù)中一般采用反射式和透射式元件組合實現(xiàn)望遠系統(tǒng)，但是在寬波段具有高透過率的透鏡材料種類稀少、昂貴且物理性質(zhì)缺乏穩(wěn)定性，同時透鏡材料的物理性質(zhì)隨溫度變化敏感，嚴重影響了成像質(zhì)量。2、本發(fā)明中光學(xué)結(jié)構(gòu)經(jīng)過多次反射，其中，四鏡設(shè)置于次鏡鏡與三鏡之間的位置，實現(xiàn)望遠系統(tǒng)光路的轉(zhuǎn)折，很好的壓縮了望遠系統(tǒng)光路的長度；快速反射鏡位于望遠系統(tǒng)光軸的上方，同時，第八反射鏡位于第六反射鏡與第七反射鏡之間，實現(xiàn)成像系統(tǒng)光路的轉(zhuǎn)折，從而在寬度上壓縮了系統(tǒng)的尺寸，使得本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊；望遠系統(tǒng)光路的4片反射鏡同軸以及成像系統(tǒng)光路的3片反射鏡同軸設(shè)置，使得本發(fā)明的系統(tǒng)裝調(diào)更加容易；3、另外，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)通過對光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化，采用高次非球面，很好的校正了各種軸上及軸外像差，使其具有成像質(zhì)量高的優(yōu)點。附圖說明圖1是本發(fā)明的反射式共口徑多波段光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明實施例中系統(tǒng)在0.5～0.7μm的光學(xué)傳遞函數(shù)mtf；圖3是本發(fā)明實施例中系統(tǒng)在0.9～1.5μm的光學(xué)傳遞函數(shù)mtf；圖4是本發(fā)明實施例中系統(tǒng)在3～5μm的光學(xué)傳遞函數(shù)mtf。其中，1-主鏡、2-次鏡、3-第三反射鏡、4-第四反射鏡、5-快速反射鏡、6-第六反射鏡、7-第七反射鏡、8-第八反射鏡、9-成像轉(zhuǎn)折平面反射鏡。具體實施方式下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明的一種共口徑反射式多光譜光學(xué)系統(tǒng)，如圖1所示，包括兩個部分，第一部分用于將光束進行準直縮束的望遠系統(tǒng)光路，第二部分用于所有波段成像的成像系統(tǒng)光路；望遠系統(tǒng)從光束入射方向依次包括主鏡1，次鏡2，第三反射鏡3，第四反射鏡4以及快速反射鏡5；成像系統(tǒng)光路依次排布包括第六反射鏡6，第七反射鏡7，第八反射鏡8，以及成像鏡組；其中，主鏡1、次鏡2、第三反射鏡3和第四反射鏡4在同一光軸上，主鏡1的反射面和次鏡2的反射面相對排布，主鏡1開有中心孔，且主鏡1和次鏡2形成卡塞格林結(jié)構(gòu)形式；第三反射鏡3位于次鏡2所成的第一像面之后；第四反射鏡4位于次鏡2與第三反射鏡3之間，接收第三反射鏡3的反射光線，并將其反射至快速反射鏡5；快速反射鏡5位于望遠系統(tǒng)光路的光軸的上方；所述第六反射鏡6、第七反射鏡7和第八反射鏡8位于同一光軸上；第六反射鏡6接收快速反射鏡5的反射光，并將其反射至第七反射鏡7；第七反射鏡7再將光線反射至第八反射鏡8；其中，第八反射鏡8位于第六反射鏡6與第七反射鏡7之間；成像鏡組包括成像轉(zhuǎn)折平面反射鏡9和兩個探測器；成像轉(zhuǎn)折平面反射鏡9可在光路中切入和切出，通過切入和切出光路來選擇不同波段的成像探測器；探測器ii位于第八反射鏡8的焦平面上，成像轉(zhuǎn)折平面反射鏡9切出時，第八反射鏡8將光線聚焦到探測器ii上進行成像；探測器i位于成像轉(zhuǎn)折平面反射鏡9的焦平面上，當成像轉(zhuǎn)折平面反射鏡9切入時，將光線聚焦到探測器i上進行成像；探測器i和ii為響應(yīng)可見光0.5～0.7μm、短波紅外0.9～1.5μm、中波紅外3～5μm和長波8～12μm四種波段中的任意兩種。該系統(tǒng)的工作波段為可見光0.5～0.7μm、短波0.9～1.5μm、中波3～5μm和長波8～12μm，通過切換轉(zhuǎn)折平面反射鏡9實現(xiàn)不同探測器探測。所有反射鏡材料為鋁、鈹或者鈹鋁。所有與反射鏡連接的結(jié)構(gòu)件材料與反射鏡材料相同，使得反射鏡與結(jié)構(gòu)件的膨脹系統(tǒng)相同，使得溫度對成像質(zhì)量的影響降到最低。該光學(xué)系統(tǒng)的工作溫度范圍為-50℃～+60℃；第四反射鏡4和第八反射鏡8的非球面滿足如下函數(shù)：其中z為以各非球面與光軸交點為起點且平行光軸方向的軸向值，k為conic系數(shù)，c為鏡面中心曲率半徑的倒數(shù)，r為鏡面中心高度；a4、a6、a8、a10和a12為非球面系數(shù)。實施示例：以下僅是作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實例，選用的系統(tǒng)焦距為f＝1375mm，焦比值(f/d)為6，視場0.2°×0.2°，視場在y-z平面內(nèi)偏置-1.4°。設(shè)計結(jié)果顯示對0.5～0.7μm波段光學(xué)傳遞函數(shù)在90lp/mm處大于0.4，對0.9～1.5μm波段光學(xué)傳遞函數(shù)在60lp/mm處大于0.3，對3.7～4.8μm波段光學(xué)傳遞函數(shù)在17lp/mm處大于0.3。對照圖1選取一系列較優(yōu)數(shù)據(jù)如下表1、表2、表3所示。表1表面曲率半徑c(mm)conic系數(shù)k間距(mm)s1-596.7621-1-213.2251s2-248.3554-3.706397.6965s3-164.8717-0.0852-100s4-271.67700100s5infinity0-140s6203.1756-0.69599.7042s747.0546-5.133-96.9220s892.6627-0.134462.4499s9infinity-27.613成像面----表2表面a4a6a8a10s4-3.80e-0083.105e-010-5.18e-0122.848e-014s80-1.601e-011-6.96e-0154.122e-019本實施例中，非球面系數(shù)a12取0。表3上述較佳實施例中第四反射鏡4和第八成像反射鏡8采用了非球面。在本實施例的基礎(chǔ)上，圖2展示了本系統(tǒng)在0.5～0.7μm的光學(xué)傳遞函數(shù)mtf；圖3展示了本系統(tǒng)在0.9～1.5μm的光學(xué)傳遞函數(shù)mtf；圖4展示了本系統(tǒng)在3～5μm的光學(xué)傳遞函數(shù)mtf,各個波段的光學(xué)傳遞函數(shù)接近衍射極限，表明成像質(zhì)量優(yōu)良。綜上，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁12