专利名称：一种中继成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种航空或航天光学相机中的中继成像系统，尤其是一种覆盖可见光至热红外谱段的多谱段中继成像系统。
背景技术：
航空或航天光学相机在实现可见光至热红外谱段范围内多光谱成像时，受探测器和辐射分辨率限制，一般在可见光谱段和红外谱段可实现的空间分辨率不同。在各谱段探测器像元尺寸相同的情况下，实现不同空间分辨率要求光学系统在可见光和红外谱段焦距不同。这种相机光学系统一般包括望远镜主光学系统和中继成像光学系统。主光学系统将地物信息聚焦成像在主焦面上；中继成像光学系统将主焦面上的像再次中继成像，实现分谱段和缩放主光学焦距的功能，同时实现各谱段高精度配准成像。现有的中继成像光学系统采用分色片结合分立的各谱段中继成像镜头实现不同谱段的中继成像，系统体积比较大，配准调试难度较大。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种轻小紧凑的中继成像系统，以实现可见光至热红外谱段宽谱段范围内的中继成像。本发明包括如下的技术方案一种中继成像系统，其特征在于包括物面、复合棱镜、可见近红外镜头、短波红外镜头、热红外镜头和像面，复合棱镜由主棱镜和副棱镜组成；物面从上到下可分为热红外谱段、短波红外谱段和可见近红外谱段成像物面，热红外谱段的光线不经过复合棱镜，直接进入热红外谱段镜头，成像在热红外镜头像面；短波红外谱段的光线由复合棱镜中的主棱镜两次折转反射后进入短波红外镜头，成像在短波红外镜头像面；可见近红外谱段的光线由复合棱镜中的副棱镜一次折转反射后进入可见近红外镜头，经可见近红外镜头成像在可见近红外镜头像面。复合棱镜将物面中心视场和下方视场的光线分别反射至两个相反方向。本发明与现有技术相比的有益效果是采用本发明的复合棱镜和多镜头分光技术，能够以轻小紧凑的结构实现可见光至热红外谱段宽谱段范围内中继成像，并将其分为可见近红外、短波红外和热红外谱段分别进行成像。


图1为本发明的中继成像系统结构示意图；图2为本发明的复合棱镜结构及其分光示意图，图加为)(Z平面示意图，图2b为 YZ平面示意图，图2c为XY平面示意图。
具体实施例方式本发明涉及的中继成像系统的结构布局如图1所示。包括物面1 (即主焦面)、复合棱镜2、可见近红外镜头、短波红外镜头、热红外镜头和像面，复合棱镜2由主棱镜和副棱镜组成。热红外谱段镜头为RC(Ritchey-Chretien)形式，垂轴放大倍率为_0. 5倍。短波红外镜头和可见近红外镜头为完全对称反射光学系统形式，垂轴放大倍率为-ι倍，各由两片反射镜和一片45°反射镜组成，其中在两片反射镜中间加入一片45°反射镜，将两个中继镜头光轴折转90°，如附图1所示。通过上述结构本发明的光学系统能够实现各谱段不同放大倍率的中继成像。物面1上方视场可作为热红外镜头的成像物面，其光线不经过复合棱镜2，穿过热红外镜头反射镜3的中心孔直接入射到热红外镜头反射镜4上，经热红外镜头反射镜4反射到热红外镜头反射镜3，再经热红外镜头反射镜3会聚到热红外镜头像面5上。物面1中心视场可作为短波红外镜头的成像物面，其光线进入复合棱镜2并两次折转反射后至+X方向，在图2左上图中所示位置出射(与棱镜的具体相对位置关系可根据需要调整)，穿过短波红外镜头反射镜10的中心孔，入射到短波红外镜头折转反射镜11上， 经其反射，入射到短波红外镜头反射镜12上，再反射回至短波红外镜头折转反射镜11上， 经其反射，入射到短波红外镜头反射镜10上，再反射至短波红外镜头折转反射镜U上，穿过短波红外镜头反射镜12的中心孔，会聚到短波红外镜头像面13上。物面1下方视场可作为可见近红外镜头的成像物面，其光线进入复合棱镜2并一次折转反射后至-X方向，在图2左上图中所示位置出射(与棱镜的具体相对位置关系可根据需要调整)，穿过可见近红外镜头反射镜6的中心孔，入射到可见近红外镜头折转反射镜 7上，经其反射，入射到可见近红外镜头反射镜8上，再反射回至可见近红外镜头折转反射镜7上，经其反射，入射到可见近红外镜头反射镜6上，再反射至可见近红外镜头折转反射镜7上，穿过可见近红外镜头反射镜8的中心孔，会聚到可见近红外镜头像面9上。为了便于装调，可调整短波红外镜头反射镜12和可见近红外镜头反射镜8的位置，使经其反射后的光线为准直光。所述光学系统能够实现各谱段配准精度0. 01mm。如图2所示，复合棱镜用于可见近红外谱段和短波红外谱段的视场分离，以及实现两个谱段光轴的折转。主棱镜18和副棱镜17采用光学胶胶合粘接，可见近红外光谱段光束穿过胶合面进入副棱镜17，短波红外谱段不进入副棱镜，仅在主棱镜18内部全反射折转。可见近红外谱段的光束从入射面16进入副棱镜17，在A处反射折转；短波红外谱段的光束从入射面16进入主棱镜18，在B处反射第一次折转，在C处第二次折转。本发明适用于带有中心遮拦的前置望远镜系统，设计时各镜头中心孔造成的遮拦损失要与前置望远镜中心遮拦损失一致。本发明可应用于航天或航空大视场光学扫描相机。说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
权利要求
1.一种中继成像系统，其特征在于包括物面、复合棱镜、可见近红外镜头、短波红外镜头、热红外镜头和像面，复合棱镜由主棱镜和副棱镜组成；物面从上到下可分为热红外谱段、短波红外谱段和可见近红外谱段成像物面，热红外谱段的光线不经过复合棱镜，直接进入热红外谱段镜头，成像在热红外镜头像面；短波红外谱段的光线由复合棱镜中的主棱镜两次折转反射后进入短波红外镜头，成像在短波红外镜头像面；可见近红外谱段的光线由复合棱镜中的副棱镜一次折转反射后进入可见近红外镜头，经可见近红外镜头成像在可见近红外镜头像面。
2.根据权利要求1所述的中继成像系统，其特征在于复合棱镜将物面中心视场和下方视场的光线分别反射至两个相反方向。
3.根据权利要求1所述的中继成像系统，其特征在于热红外镜头包括热红外镜头第一反射镜C3)和热红外镜头第二反射镜；物面(1)上方视场作为热红外镜头的成像物面，其光线不经过复合棱镜O)，穿过热红外镜头第一反射镜(3)的中心孔直接入射到热红外镜头第二反射镜(4)上，经热红外镜头第二反射镜(4)反射到热红外镜头第一反射镜 (3)，再经热红外镜头第一反射镜C3)会聚到热红外镜头像面( 上。
4.根据权利要求1所述的中继成像系统，其特征在于短波红外镜头包括短波红外镜头第一反射镜(10)、短波红外镜头折转反射镜(11)和短波红外镜头第二反射镜(12)；物面(1)中心视场作为短波红外镜头的成像物面，其光线进入复合棱镜(2)并两次折转反射后至+X方向，穿过短波红外镜头第一反射镜(10)的中心孔，入射到短波红外镜头折转反射镜(11)上，经其反射，入射到短波红外镜头第二反射镜(1 上，再反射回至短波红外镜头折转反射镜(11)上，经其反射，入射到短波红外镜头第一反射镜(10)上，再反射至短波红外镜头折转反射镜(U)上，穿过短波红外镜头第二反射镜(1 的中心孔，会聚到短波红外镜头像面(13)上。
5.根据权利要求1所述的中继成像系统，其特征在于可见近红外镜头包括可见近红外镜头第一反射镜(6)、可见近红外镜头折转反射镜(7)和可见近红外镜头第二反射镜 (8)；物面(1)下方视场作为可见近红外镜头的成像物面，其光线进入复合棱镜( 并一次折转反射后至-X方向，穿过可见近红外镜头第一反射镜(6)的中心孔，入射到可见近红外镜头折转反射镜(7)上，经其反射，入射到可见近红外镜头第二反射镜(8)上，再反射回至可见近红外镜头折转反射镜(7)上，经其反射，入射到可见近红外镜头第一反射镜(6)上， 再反射至可见近红外镜头折转反射镜(7)上，穿过可见近红外镜头第二反射镜(8)的中心孔，会聚到可见近红外镜头像面(9)上。
全文摘要
一种中继成像系统，包括物面、复合棱镜、可见近红外镜头、短波红外镜头、热红外镜头和像面，复合棱镜由主棱镜和副棱镜组成；物面从上到下可分为热红外谱段、短波红外谱段和可见近红外谱段成像物面，热红外谱段的光线不经过复合棱镜，直接进入热红外谱段镜头，成像在热红外镜头像面；短波红外谱段的光线由复合棱镜中的主棱镜两次折转反射后进入短波红外镜头，成像在短波红外镜头像面；可见近红外谱段的光线由复合棱镜中的副棱镜一次折转反射后进入可见近红外镜头，经可见近红外镜头成像在可见近红外镜头像面。本发明可实现宽谱段范围内中继成像；可应用于航天或航空大视场光学扫描相机。
文档编号G01J3/28GK102364373SQ201110350099
公开日2012年2月29日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者唐绍凡, 孙燕萍, 肖琴, 行麦玲, 袁旭沧 申请人:北京空间机电研究所