全反射式无焦ZH系统的装调

　　1　引　言

　　双色偏振红外成像技术是双波段成像技术和偏振成像技术的结合,它实现了双波段成像和偏振成像优势互补,是一种新型的被动式红外成像技术,不仅能获得景物双波段的图像,还能获得景物两个波段的偏振附加信息,从而更大限度地提高热像仪整机系统的性能。但双色偏振红外成像技术需要精确而又实用的双色偏振红外成像光学系统,且要求系统外形尺寸小、质量轻、体积小,能实现双波段共口径成像。

　　全反射式光学系统具有如下优势:(1)镜面反射率比透射率高,光能损失少;(2)反射镜不产生色差,无波长选择性,工作波段宽,共口径容易;(3)经光路折叠系统紧凑,容易实现扁平化、轻量化。因此,本文采用全反射式光学系统来实现中波红外/短波红外双波段共口径成像,并为此设计了一个新型的共轴全反射无焦系统———ZH系统[1-2]。该系统的3块反射镜组成“Z”字形(或光线路径组成“Z”字形),入射轴上光线束、出射轴上光线束与主次镜光轴组成“H”形,故称作ZH系统。光线经过ZH系统和分束镜(分离中波红外和短波红外)后,光轴在水平方向和垂直方向有平移,相对于常用的光学系统,这种光轴在立体空间的平移不易装调,需要专门研究。

　　2　ZH系统原理

　　ZH系统在整机中的位置及原理如图1所示,其主镜与次镜是抛物面反射镜,它们共焦点,主镜与次镜的公共焦面位置有一个45°放置的双面反射镜。整个中波/短波双色偏振红外成像光学系统包括中波红外光学系统和短波红外光学系统两支光路,两光路共用ZH系统作为前端望远接收部分来实现双波段共口径。

　　ZH系统等效于一个开普勒望远系统,其详细设计见参考文献[1-4],ZH系统的设计结果如表1所示。

　　3　ZH系统装调

　　3.1　ZH系统特点

　　ZH系统的特点是主次镜相对放置,主镜与次镜共焦点,一个45°放置的双面反射镜放置在主镜与次镜的公共焦面位置。ZH系统装调的难点包括:两抛物面反射镜共焦点;两抛物面反射镜、双向平面反射镜共轴;双向平面反射镜的通孔位于两抛物面反射镜的公共焦面上。

　　根据ZH系统设计结果,光线经过ZH系统后,光轴在水平方向(X方向)有平移(如图2),即入射到双面反射镜主反射面的主光线与双面反射镜次反射面出射的主光线之间在X方向有平移经过双面反射镜后的平移量:

　　t为双面反射镜的厚度,t=4 mm。

　　经过分束镜的入射光线与出射光线之间在垂直方向(Y方向)有平移,光轴经过分束镜后的平移量:

　　式中tbeam=5.94 mm为分束镜的厚度,n=1.425为分束镜材料的折射率。