專利名稱：一種中繼成像系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種航空或航天光學相機中的中繼成像系統，尤其是一種覆蓋可見光至熱紅外譜段的多譜段中繼成像系統。
背景技術：
航空或航天光學相機在實現可見光至熱紅外譜段范圍內多光譜成像時，受探測器和輻射分辨率限制，一般在可見光譜段和紅外譜段可實現的空間分辨率不同。在各譜段探測器像元尺寸相同的情況下，實現不同空間分辨率要求光學系統在可見光和紅外譜段焦距不同。這種相機光學系統一般包括望遠鏡主光學系統和中繼成像光學系統。主光學系統將地物信息聚焦成像在主焦面上；中繼成像光學系統將主焦面上的像再次中繼成像，實現分譜段和縮放主光學焦距的功能，同時實現各譜段高精度配準成像。現有的中繼成像光學系統采用分色片結合分立的各譜段中繼成像鏡頭實現不同譜段的中繼成像，系統體積比較大，配準調試難度較大。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種輕小緊湊的中繼成像系統，以實現可見光至熱紅外譜段寬譜段范圍內的中繼成像。本發明包括如下的技術方案一種中繼成像系統，其特征在于包括物面、復合棱鏡、可見近紅外鏡頭、短波紅外鏡頭、熱紅外鏡頭和像面，復合棱鏡由主棱鏡和副棱鏡組成；物面從上到下可分為熱紅外譜段、短波紅外譜段和可見近紅外譜段成像物面，熱紅外譜段的光線不經過復合棱鏡，直接進入熱紅外譜段鏡頭，成像在熱紅外鏡頭像面；短波紅外譜段的光線由復合棱鏡中的主棱鏡兩次折轉反射后進入短波紅外鏡頭，成像在短波紅外鏡頭像面；可見近紅外譜段的光線由復合棱鏡中的副棱鏡一次折轉反射后進入可見近紅外鏡頭，經可見近紅外鏡頭成像在可見近紅外鏡頭像面。復合棱鏡將物面中心視場和下方視場的光線分別反射至兩個相反方向。本發明與現有技術相比的有益效果是采用本發明的復合棱鏡和多鏡頭分光技術，能夠以輕小緊湊的結構實現可見光至熱紅外譜段寬譜段范圍內中繼成像，并將其分為可見近紅外、短波紅外和熱紅外譜段分別進行成像。
圖1為本發明的中繼成像系統結構示意圖；圖2為本發明的復合棱鏡結構及其分光示意圖，圖加為)(Z平面示意圖，圖2b為 YZ平面示意圖，圖2c為XY平面示意圖。
具體實施例方式本發明涉及的中繼成像系統的結構布局如圖1所示。包括物面1 (即主焦面)、復合棱鏡2、可見近紅外鏡頭、短波紅外鏡頭、熱紅外鏡頭和像面，復合棱鏡2由主棱鏡和副棱鏡組成。熱紅外譜段鏡頭為RC(Ritchey-Chretien)形式，垂軸放大倍率為_0. 5倍。短波紅外鏡頭和可見近紅外鏡頭為完全對稱反射光學系統形式，垂軸放大倍率為-ι倍，各由兩片反射鏡和一片45°反射鏡組成，其中在兩片反射鏡中間加入一片45°反射鏡，將兩個中繼鏡頭光軸折轉90°，如附圖1所示。通過上述結構本發明的光學系統能夠實現各譜段不同放大倍率的中繼成像。物面1上方視場可作為熱紅外鏡頭的成像物面，其光線不經過復合棱鏡2，穿過熱紅外鏡頭反射鏡3的中心孔直接入射到熱紅外鏡頭反射鏡4上，經熱紅外鏡頭反射鏡4反射到熱紅外鏡頭反射鏡3，再經熱紅外鏡頭反射鏡3會聚到熱紅外鏡頭像面5上。物面1中心視場可作為短波紅外鏡頭的成像物面，其光線進入復合棱鏡2并兩次折轉反射后至+X方向，在圖2左上圖中所示位置出射(與棱鏡的具體相對位置關系可根據需要調整)，穿過短波紅外鏡頭反射鏡10的中心孔，入射到短波紅外鏡頭折轉反射鏡11上， 經其反射，入射到短波紅外鏡頭反射鏡12上，再反射回至短波紅外鏡頭折轉反射鏡11上， 經其反射，入射到短波紅外鏡頭反射鏡10上，再反射至短波紅外鏡頭折轉反射鏡U上，穿過短波紅外鏡頭反射鏡12的中心孔，會聚到短波紅外鏡頭像面13上。物面1下方視場可作為可見近紅外鏡頭的成像物面，其光線進入復合棱鏡2并一次折轉反射后至-X方向，在圖2左上圖中所示位置出射(與棱鏡的具體相對位置關系可根據需要調整)，穿過可見近紅外鏡頭反射鏡6的中心孔，入射到可見近紅外鏡頭折轉反射鏡 7上，經其反射，入射到可見近紅外鏡頭反射鏡8上，再反射回至可見近紅外鏡頭折轉反射鏡7上，經其反射，入射到可見近紅外鏡頭反射鏡6上，再反射至可見近紅外鏡頭折轉反射鏡7上，穿過可見近紅外鏡頭反射鏡8的中心孔，會聚到可見近紅外鏡頭像面9上。為了便于裝調，可調整短波紅外鏡頭反射鏡12和可見近紅外鏡頭反射鏡8的位置，使經其反射后的光線為準直光。所述光學系統能夠實現各譜段配準精度0. 01mm。如圖2所示，復合棱鏡用于可見近紅外譜段和短波紅外譜段的視場分離，以及實現兩個譜段光軸的折轉。主棱鏡18和副棱鏡17采用光學膠膠合粘接，可見近紅外光譜段光束穿過膠合面進入副棱鏡17，短波紅外譜段不進入副棱鏡，僅在主棱鏡18內部全反射折轉。可見近紅外譜段的光束從入射面16進入副棱鏡17，在A處反射折轉；短波紅外譜段的光束從入射面16進入主棱鏡18，在B處反射第一次折轉，在C處第二次折轉。本發明適用于帶有中心遮攔的前置望遠鏡系統，設計時各鏡頭中心孔造成的遮攔損失要與前置望遠鏡中心遮攔損失一致。本發明可應用于航天或航空大視場光學掃描相機。說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
權利要求
1.一種中繼成像系統，其特征在于包括物面、復合棱鏡、可見近紅外鏡頭、短波紅外鏡頭、熱紅外鏡頭和像面，復合棱鏡由主棱鏡和副棱鏡組成；物面從上到下可分為熱紅外譜段、短波紅外譜段和可見近紅外譜段成像物面，熱紅外譜段的光線不經過復合棱鏡，直接進入熱紅外譜段鏡頭，成像在熱紅外鏡頭像面；短波紅外譜段的光線由復合棱鏡中的主棱鏡兩次折轉反射后進入短波紅外鏡頭，成像在短波紅外鏡頭像面；可見近紅外譜段的光線由復合棱鏡中的副棱鏡一次折轉反射后進入可見近紅外鏡頭，經可見近紅外鏡頭成像在可見近紅外鏡頭像面。
2.根據權利要求1所述的中繼成像系統，其特征在于復合棱鏡將物面中心視場和下方視場的光線分別反射至兩個相反方向。
3.根據權利要求1所述的中繼成像系統，其特征在于熱紅外鏡頭包括熱紅外鏡頭第一反射鏡C3)和熱紅外鏡頭第二反射鏡；物面(1)上方視場作為熱紅外鏡頭的成像物面，其光線不經過復合棱鏡O)，穿過熱紅外鏡頭第一反射鏡(3)的中心孔直接入射到熱紅外鏡頭第二反射鏡(4)上，經熱紅外鏡頭第二反射鏡(4)反射到熱紅外鏡頭第一反射鏡 (3)，再經熱紅外鏡頭第一反射鏡C3)會聚到熱紅外鏡頭像面( 上。
4.根據權利要求1所述的中繼成像系統，其特征在于短波紅外鏡頭包括短波紅外鏡頭第一反射鏡(10)、短波紅外鏡頭折轉反射鏡(11)和短波紅外鏡頭第二反射鏡(12)；物面(1)中心視場作為短波紅外鏡頭的成像物面，其光線進入復合棱鏡(2)并兩次折轉反射后至+X方向，穿過短波紅外鏡頭第一反射鏡(10)的中心孔，入射到短波紅外鏡頭折轉反射鏡(11)上，經其反射，入射到短波紅外鏡頭第二反射鏡(1 上，再反射回至短波紅外鏡頭折轉反射鏡(11)上，經其反射，入射到短波紅外鏡頭第一反射鏡(10)上，再反射至短波紅外鏡頭折轉反射鏡(U)上，穿過短波紅外鏡頭第二反射鏡(1 的中心孔，會聚到短波紅外鏡頭像面(13)上。
5.根據權利要求1所述的中繼成像系統，其特征在于可見近紅外鏡頭包括可見近紅外鏡頭第一反射鏡(6)、可見近紅外鏡頭折轉反射鏡(7)和可見近紅外鏡頭第二反射鏡 (8)；物面(1)下方視場作為可見近紅外鏡頭的成像物面，其光線進入復合棱鏡( 并一次折轉反射后至-X方向，穿過可見近紅外鏡頭第一反射鏡(6)的中心孔，入射到可見近紅外鏡頭折轉反射鏡(7)上，經其反射，入射到可見近紅外鏡頭第二反射鏡(8)上，再反射回至可見近紅外鏡頭折轉反射鏡(7)上，經其反射，入射到可見近紅外鏡頭第一反射鏡(6)上， 再反射至可見近紅外鏡頭折轉反射鏡(7)上，穿過可見近紅外鏡頭第二反射鏡(8)的中心孔，會聚到可見近紅外鏡頭像面(9)上。
全文摘要
一種中繼成像系統，包括物面、復合棱鏡、可見近紅外鏡頭、短波紅外鏡頭、熱紅外鏡頭和像面，復合棱鏡由主棱鏡和副棱鏡組成；物面從上到下可分為熱紅外譜段、短波紅外譜段和可見近紅外譜段成像物面，熱紅外譜段的光線不經過復合棱鏡，直接進入熱紅外譜段鏡頭，成像在熱紅外鏡頭像面；短波紅外譜段的光線由復合棱鏡中的主棱鏡兩次折轉反射后進入短波紅外鏡頭，成像在短波紅外鏡頭像面；可見近紅外譜段的光線由復合棱鏡中的副棱鏡一次折轉反射后進入可見近紅外鏡頭，經可見近紅外鏡頭成像在可見近紅外鏡頭像面。本發明可實現寬譜段范圍內中繼成像；可應用于航天或航空大視場光學掃描相機。
文檔編號G01J3/28GK102364373SQ201110350099
公開日2012年2月29日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者唐紹凡, 孫燕萍, 肖琴, 行麥玲, 袁旭滄 申請人:北京空間機電研究所