一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统技术方案

一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，属于光学设计领域，为了解决长焦距空间相机的体积大，结构复杂的问题，该光学系统由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和焦平面组成；该光学系统为同轴系统，整个系统相对于光轴旋转对称；物方无穷远光线入射到第一反射镜上，经第一反射镜反射至第二反射镜，再经第二反射镜反射后汇聚于第一像面再入射到第三反射镜上，经第三反射镜反射到第二反射镜上，经第二反射镜再反射后，最终光线汇聚于焦平面；所述第一反射镜的反射面为具有二次、四次、六次、八次非球面系数的凹的高次非球面；第二反射镜的反射面为凸的双曲面，第三反射镜的反射面为具有二次、四次、六次的凹的椭球面；能广泛应用于空间遥感领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学设计领域，涉及一种有效压缩同轴长焦距遥感光学系统筒长的设计，是一种长焦距全反射光学系统，能广泛应用于空间遥感领域。
技术介绍
随着空间观察和对地观测需求的不断提高，空间遥感光学系统越来越向着焦距不断变长方向发展，现今主流商用卫星载荷的焦距已经发展到8～10米或者更高的级别，例如Komp SAT主载荷焦距8.6m、IKONOS的主载荷焦距10m、world view 2的主载荷焦距达到13m。焦距越来越长引起的问题是光学系统的体积越来越大，但受到发射体积和质量的限制，要求载荷本身的体积要小型化。空间遥感光学系统多采用折反混合系统或者全反射系统，但因为折反混合系统无法彻底消除长焦距引入的色差，所以大多采用全反射系统。全反射系统分为同轴系统和离轴系统两类，离轴系统为实现无遮拦，通常系统体积相比同轴系统要庞大，同轴系统可以通过光路折叠等手段将体积进行压缩，以实现功能密度最大化。中国专利公开号为CN102313974A，专利名称是“超短距全反射光学系统”，该专利技术中论述了一种以光学筒长1.5米实现15米焦距的光学设计，主次镜均为球面的高分辨率、小体积宽谱段的超短距两镜四反射式光学系统，反射光束分别两次经过主次镜的反射，在保证成像质量的前提下，缩小了系统筒长，但是，该系统采用了离轴形式，增加了系统的纵向尺寸。另外，该系统筒长焦距比为0.1。
技术实现思路
本专利技术为了解决长焦距空间相机的体积大的问题，提供一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统。本专利技术的技术方案具体如下：一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，其特征是，该光学系统由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和焦平面组成；该光学系统为同轴系统，整个系统相对于光轴旋转对称；物方无穷远光线入射到第一反射镜上，经第一反射镜反射至第二反射镜，再经第二反射镜反射后汇聚于第一像面再入射到第三反射镜上，经第三反射镜反射到第二反射镜上，经第二反射镜再反射后，最终光线汇聚于焦平面。所述第一反射镜的反射面为具有二次、四次、六次、八次非球面系数的凹的高次非球面。第二反射镜的反射面为凸的双曲面，第三反射镜的反射面为具有二次、四次、六次的凹的椭球面。该光学系统的孔径光阑设置在第一反射镜上，第一反射镜也是系统的入瞳。该光学系统的光学参数为：像方焦距1000mm，入瞳口径1400mm，像方F数为7.177，光谱范围500nm～800nm，全视场角1.1°。本专利技术的积极效果：本专利技术的相对于相同指标的全反射光学系统，缩短了光学筒长，减小了体积，筒长焦距比为0.065。第一反射镜和第三反射镜共基准集成设计，可采用一体化加工方式，降低了多个反射镜背部支撑结构的复杂程度，同时降低了装调过程的复杂程度，大大降低了加工和装调的难度；第二反射镜有两次光线反射，在不增加反射镜个数的前提下，起到了光路折叠的作用。附图说明图1为本专利技术一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统结构示意图。图中：1、第一反射镜；2、第二反射镜；3、第三反射镜；4、焦平面；5、第一像面。图2为本专利技术一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统的传递函数(MTF)曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术中的光学系统由第一反射镜1、第二反射镜2、第三反射镜3和焦平面4组成。该光学系统的孔径光阑设置在第一反射镜1上，第一反射镜1也是系统的入瞳。第一反射镜1为外直径1420mm，内直径560mm的环形反射镜；第三反射镜3为外直径560mm，内直径230mm的环形反射镜；第一反射镜1与第三反射镜3采用一体化镜坯加工；第二反射镜2为直径310mm的圆形反射镜。系统中的三个反射镜的反射面均为非球面，其中第一反射镜1的反射面为具有二次、四次、六次和八次非球面系数的凹的高次非球面，第二反射镜2的反射面为凸的双曲面，第三反射镜3的反射面为具有二次、四次、六次的凹的椭球面。该光学系统为同轴系统，整个系统相对于光轴旋转对称。物方无穷远光线沿光轴方向从左至右入射，首先入射到第一反射镜1，经第一反射镜1反射至第二反射镜2，再经第二反射镜2反射，汇聚于第一像面5，而后光线继续向右传播，入射到第三反射镜3上，经第三反射镜3反射，再反射到第二反射镜2上，经第二反射镜2再反射后，最终光线汇聚于焦平面4。光学系统的主要参数如下：像方焦距1000mm，入瞳口径1420mm，像方F#7.14，光谱范围500nm～800nm，全视场角1.1°。如图2所示，从图中曲线可以看到，各视场的传递函数曲线均贴近衍射线(TS DIFF LIMIT)，说明各视场的像差校正良好，成像质量良好。光学系统设计具体设计参数如表1所示。表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，其特征是，该光学系统由第一反射镜(1)、第二反射镜(2)、第三反射镜(3)和焦平面(4)组成；该光学系统为同轴系统，整个系统相对于光轴旋转对称；物方无穷远光线入射到第一反射镜(1)上，经第一反射镜(1)反射至第二反射镜(2)，再经第二反射镜(2)反射后汇聚于第一像面(5)再入射到第三反射镜(3)上，经第三反射镜(3)反射到第二反射镜(2)上，经第二反射镜(2)再反射后，最终光线汇聚于焦平面(4)。

【技术特征摘要】
1.一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，其特征是，该光学系统由第一反射镜(1)、第二反射镜(2)、第三反射镜(3)和焦平面(4)组成；该光学系统为同轴系统，整个系统相对于光轴旋转对称；物方无穷远光线入射到第一反射镜(1)上，经第一反射镜(1)反射至第二反射镜(2)，再经第二反射镜(2)反射后汇聚于第一像面(5)再入射到第三反射镜(3)上，经第三反射镜(3)反射到第二反射镜(2)上，经第二反射镜(2)再反射后，最终光线汇聚于焦平面(4)。2.根据权利要求1所述的一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，其特征是，所述第一反射镜(1)的反射面为具有二次、四次、六次、八次非球面系数的凹的高次非球面。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张元，金光，徐伟，刘春雨，王天聪，解鹏，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22