一种紧凑型红外激光共口径光学系统的制作方法

本发明涉及光电系统，尤其是涉及一种紧凑型红外激光共口径光学系统。

背景技术：

1、在军用侦察、安防监控、工业检测及空间遥感等应用领域，具备全天候、全天时作业能力的光电探测设备是核心支撑装备。将长波红外成像与激光测距功能一体化集成，可同步完成目标的成像识别与距离精准测量，显著提升系统的综合探测与态势感知能力，已成为光电系统的重要发展趋势。随着各类搭载平台不断向轻量化、小型化、低功耗方向迭代升级，对光电载荷的体积、重量、环境适应能力以及装配效率提出了愈发严苛的要求，传统光电系统已难以适配微小卫星、便携式探测终端、轻量化机载吊舱等新型平台的应用场景。

2、当前主流的红外与激光复合探测系统，主要采用分立光路或常规共口径两种结构形式，均存在难以规避的技术短板。采用分立光路的系统需配置两套独立光学组件，直接导致系统体积与重量偏大，同时两套光路的光轴一致性难以保证，在振动、冲击、温度变化等复杂工况下易发生光轴偏移，造成成像与测距结果失配；此外，冗余的光学元件与机械结构还会提升制造成本、增加装调复杂度。常规共口径系统虽通过共享前端光路缩减了体积、改善了光轴基础一致性，但大多采用透射式或折反式结构，部分方案存在光学元件材料热特性不匹配等问题，既影响光学能量传输效率，也易在宽温域环境下产生性能漂移，同时存在装调环节多、加工或装调难度大、增加生产成本等可能。

3、为适配轻小型化载荷的发展需求，铝基光学元件凭借密度低、热稳定性优良、可实现被动无热化、加工制备周期短等优势，逐步成为小型化光电系统的优选方案；多反射镜共体集成技术通过将多个光学曲面整合于同一基底，能够有效减少光学元件数量、简化装配流程，进一步提升系统紧凑性与结构稳定性，相关技术也成为行业研究热点。尽管行业内已开展多项技术探索与改进，但现有复合光学系统仍难以在功能集成、结构小型化、环境适应性、装调便捷性等方面实现综合平衡，无法全面满足新一代轻小型化、高可靠性红外激光复合光电载荷的实际应用需求，因此亟需研发一种新型复合光学系统以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种紧凑型红外激光共口径光学系统，过多面共体与共口径设计，简化系统结构，降低加工装调难度，实现系统轻量化与小型化，保障光轴一致性与光学性能。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种紧凑型红外激光共口径光学系统，沿同一中心光轴，从物方端至像方端依次布置有激光接收靶面、次镜、红外激光分光镜、主三镜一体件和红外成像靶面；

3、所述主三镜一体件为铝合金材质，其径向从内向外依次设有第一通光孔、环形的第三反射面和环形的主反射面，第三反射面和主反射面朝向物方，所述第一通光孔沿轴向贯通；

4、所述次镜为铝合金材质，其中心设有与第一通光孔同轴对齐的第二通光孔，次镜朝向像方端的一侧设置有第二反射面；

5、所述红外激光分光镜为zns材质，同轴位于次镜与主三镜一体件之间，其朝向物方端的一侧为凹面，朝向像方端的一侧为凸面；

6、来自物方端的入射光包含红外波段光和激光波段光，所述入射光依次经主反射面第一次反射、次镜的第二反射面第二次反射、第三反射面的第三次反射后到达红外激光分光镜的凸面；激光波段光透射过红外激光分光镜，经第二通光孔入射至激光接收靶面；红外波段光被红外激光分光镜反射，经第一通光孔入射至红外成像靶面。

7、优选的，所述主反射面与所述第三反射面均为以中心光轴为旋转轴的回转对称曲面，且均采用二次系数为0的非球面。

8、优选的，所述次镜的第二反射面为以中心光轴为旋转轴的回转对称凸面，且采用二次系数为0的非球面。

9、优选的，所述红外激光分光镜的凹面与凸面均为以中心光轴为旋转轴的回转对称曲面，且所述凸面镀有红外反射、激光透射的分光膜层。

10、优选的，所述红外成像靶面的感光面与中心光轴垂直，并覆盖所述第一通光孔的出射光路；所述激光接收靶面的感光面与中心光轴垂直，并覆盖所述第二通光孔的出射光路。

11、优选的，所述红外波段光的工作波段为8~12μm，成像焦距为42mm，所述激光波段光的中心波长为905nm。

12、优选的，系统的孔径光阑设置于主三镜一体件的主反射面表面。

13、优选的，所述主三镜一体件的光焦度绝对值介于0.03至0.06之间，所述次镜的光焦度绝对值0.03至0.06之间，所述红外激光分光镜的光焦度绝对值介于0.01至0.05之间。

14、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

15、（1）结构极简，轻小型化效果显著：通过主三镜一体化共体设计，将主反射面、第三反射面集成于同一铝合金基底，大幅减少光学元件数量、降低装配自由度，从根源上简化系统结构；配合共口径光路设计，大幅压缩系统轴向尺寸与整机体积。

16、（2）光轴一致性与环境可靠性大幅提升：红外成像与激光测距光路共享物方主光学系统，从原理上消除分口径设计的光轴平行度误差，实现 “所测即所见” 的精准匹配；全铝基主光学元件实现被动无热化设计，材料热膨胀系数高度匹配，在宽温域、振动、冲击等复杂环境下，仍能保持光轴稳定性与光学性能，大幅提升系统环境适应性与长期工作可靠性。

17、（3）加工装调难度与制造成本显著降低：所有光学反射面、分光面均采用二次系数为0的非球面，无需加工抛物面、椭球面、双曲面等复杂曲面，也未使用衍射光学元件，大幅降低超精密切削的加工难度与生产周期；多面共体设计减少了元件装调的对准环节，降低装调误差与人工成本，提升产品良率。

18、（4）光学性能优异，能量利用率高：红外光路采用全反射式结构，减少透射元件带来的红外能量损失，提升成像灵敏度；系统光学传递函数接近衍射极限，全视场畸变控制优异，成像对比度高，同时保障激光测距的能量接收效率，兼顾红外成像质量与激光测距精度。

19、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种紧凑型红外激光共口径光学系统，其特征在于，沿同一中心光轴，从物方端至像方端依次布置有激光接收靶面、次镜、红外激光分光镜、主三镜一体件和红外成像靶面；

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外激光共口径光学系统，其特征在于：所述主反射面与所述第三反射面均为以中心光轴为旋转轴的回转对称曲面，且均采用二次系数为0的非球面。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外激光共口径光学系统，其特征在于：所述次镜的第二反射面为以中心光轴为旋转轴的回转对称凸面，且采用二次系数为0的非球面。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外激光共口径光学系统，其特征在于：所述红外激光分光镜的凹面与凸面均为以中心光轴为旋转轴的回转对称曲面，且所述凸面镀有红外反射、激光透射的分光膜层。

5.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外激光共口径光学系统，其特征在于：所述红外成像靶面的感光面与中心光轴垂直，并覆盖所述第一通光孔的出射光路；所述激光接收靶面的感光面与中心光轴垂直，并覆盖所述第二通光孔的出射光路。

6.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外激光共口径光学系统，其特征在于：所述红外波段光的工作波段为8~12μm，成像焦距为42mm，所述激光波段光的中心波长为905nm。

7.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外激光共口径光学系统，其特征在于：系统的孔径光阑设置于主三镜一体件的主反射面表面。

8.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外激光共口径光学系统，其特征在于：所述主三镜一体件的光焦度绝对值介于0.03至0.06之间，所述次镜的光焦度绝对值0.03至0.06之间，所述红外激光分光镜的光焦度绝对值介于0.01至0.05之间。