多波段共口徑的光學成像方式有反射式、折射式與折反射式三種不同類型的光學成像方式。
下面將列出三種光學成像方式的不同特點,并總結三種光學成像方式的優缺點。
1,折射式光學成像系統相對于反射式與折反射式光學成像系統,結構形式豐富,而且能夠同時滿足大視場大相對孔徑的要求,廣泛應用于各領域。
但是,折射式光學成像系統也有一定的缺陷。能同時透射可見光波段與紅外波段的光學材料的數量有限,因此對可見光波段與紅外波段的集成,顯得其更適用于單波段光學系統成像。
但是,對于中波紅外系統與長波紅外系統的集成,折射式成像系統的優勢更明顯。色差的存在影響折射式光學系統的像質,特別是在長焦距光學系統中,存在的二級光譜色差比較嚴重。并且長焦距折射式光學系統在大相對孔徑的要求下,會帶來大口徑透鏡的加工難度,以及自身大口徑對外界環境溫度的敏感性降低成像質量,也阻礙了折射式成像系統在長焦距光學系統中的應用。
因此,折射式光學成像系統更適用于單波段、中短焦距以及小口徑的光學系統。
2,反射式光學成像系統相對于折射式光學成像系統具有寬波段、無色差的成像優勢,其可分為同軸反射成像與離軸反射成像。
經典的同軸反射式光學成像系統是經典的卡塞格林光學系統,該系統可以解決折射式光學成像系統的一些缺陷,但同時,自身也存在一定的缺陷,比如存在中心遮攔以及視場小的問題。
為了解決同軸反射式光學成像系統的缺陷,離軸反射式光學成像系統應運而生。其可以解決中心遮攔,提高系統的能量透過率。同時,離軸光學成像系統結合自由曲面,增加光學系統優化自由度,提高了光學系統軸外像差的平衡能力,增大了系統的視場角。
相對于折射式光學成像系統所用的材料以及材料加工,反射式光學成像系統所用的鏡坯材料,具有密度小、熱膨脹系數低、熱傳導系數高、微觀結構均勻的特點,可以在反射鏡背面做輕量化處理。
因此,反射式光學成像系統更容易做到輕量化,結構相對于復雜的折射式結構顯得更加緊湊,并且更適用于非制冷紅外系統。但是,反射式光學成像系統在變焦光學系統中,相比于折射式光學成像系統自身不存在換根變焦方法,其變倍比低,不適用于大變倍比光學系統。
3,折反射式光學成像系統融合了上述兩種光學成像系統的成像優勢,其解決了反射式成像系統變倍比低的問題,以及折射式成像系統焦距短、口徑小的問題。折反射式成像系統的前置光學系統大部分采用反射式成像,可解決寬波段光學材料數量有限的困境;后置光學系統采用折射式成像,可使光學系統的視場角變大,同時也可以校正系統的軸外像差。因此,對于多波段系統的集成,折反射式成像系統的優勢更為明顯。