一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统技术方案

一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统，涉及空间光学技术领域，其包括主反射镜、次反射镜、孔径光阑、第三非球面反射镜和探测器相面，主反射镜的光轴、次反射镜的光轴、第三非球面反射镜的光轴和探测器的光轴平行，主反射镜、次反射镜和第三非球面反射镜呈三角形，主反射镜与第三非球面反射镜沿次反射镜的光轴呈对称布置，探测器相面放置在第三非球面反射镜的正前方，孔径光阑的位置与次反射镜的位置重合。本发明专利技术体积小，重量轻，三块反射镜均使用特殊基底材料。各反射镜之间间距设计合理，可抑制杂光。系统成像畸变低，图像变形小，满足采用ＴＤＩ成像列阵探测器的系统低畸变要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间光学
，特别是一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式光 学系统。
技术介绍
以多光谱光电探测器作为成像接收器的大视场、超低畸变、多光谱成像空间相机 光学系统，在航空航天的空间对地侦察、遥感、探测等领域，能获得位于无穷远目标的高清 晰度照片，可广泛应用于国防、军工领域，因此备受国防、军事部门的青睐。目前采用三反射式光学系统的相机，有些结构形式不合理，相机不好布局，或者视 场角度较大时，结构也较大，或者系统成像畸变过大，系统所成图像变形严重，影响空间相 机的使用范围。同时相机重量也过大。因此，研制出新型的反射式光学系统势在必行。
技术实现思路
针对上述情况，为了解决现有技术的缺陷，本专利技术的目的就在于提供一种大视场、超 低畸变、多光谱三反射式光学系统，可以有效解决相机重量过大、系统成像畸变过大的问题。本专利技术解决技术问题采用的技术方案是，一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式 光学系统，包括主反射镜、次反射镜、孔径光阑、第三非球面反射镜和探测器相面，主反射镜 的光轴、次反射镜的光轴、第三非球面反射镜的光轴和探测器的光轴平行，主反射镜、次反 射镜和第三非球面反射镜呈三角形，主反射镜的光轴与第三非球面反射镜的光轴沿次反射 镜的光轴呈轴对称，探测器放置在第三非球面反射镜的正前方，孔径光阑的位置与次反射 镜的位置重合。本专利技术体积小，是系统焦距的0. 3 0. 6倍，重量轻。主镜到次镜的间距和次镜到 第三面镜的间距相等，便于结构支撑。三块反射镜均可以使用特殊基底材料。各反射镜之 间间距设计合理，可以很好的抑制杂光。系统成像畸变低，图像变形小，可以满足采用TDI 成像列阵探测器的系统低畸变要求。本专利技术转为多光谱列阵探测器设计，可以同时实现红、 绿、蓝和近红外谱段成像。系统在Y方向的视场容限足够大，可以允许进行多光谱探测器拼 接来扩大系统的成像幅宽。因此，系统特别适合作为小卫星上用的大视场、高分辨力多光谱 相机的光学系统。应用领域包括空间侦察、空间观测等。附图说明图1是本专利技术的结构图。图中，1、主反射镜，2、次反射镜，3、孔径光阑，4、第三非球面反射镜，5、探测器相具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明。由图1所示，一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统，其特征在于，包括 主反射镜1、次反射镜2、孔径光阑3、第三非球面反射镜4和探测器相面5，主反射镜1的光 轴、次反射镜2的光轴、第三非球面反射镜4的光轴和探测器的光轴平行，主反射镜1、次反 射镜2和第三非球面反射镜4呈三角形，主反射镜1的光轴与第三非球面反射镜4的光轴 沿次反射镜2的光轴呈轴对称，探测器相面5放置在第三非球面反射镜4的正前方，孔径光 阑3与次反射镜2重合。所说的主反射镜1的反射面与次反射镜2的反射面相对，次反射镜2的反射面与 第三非球面反射镜4的反射面相对，第三非球面反射镜4的反射面与探测器的相面5相对。所说的主反射镜1是光焦度为正的高次非球面反射镜，次反射镜2是光焦度为负 的二次非球面反射镜，第三非球面反射镜4是光焦度为正的二次非球面反射镜。所说的主反射镜1沿ζ轴方向到次反射镜2的间距和次反射镜2沿ζ轴方向到第 三非球面反射镜4的间距相等；主反射镜1沿ζ轴方向到次反射镜2的间距是大视场、超低 畸变、多光谱三反射式光学系统焦距的0. 3 0. 5倍，第三非球面反射镜4沿ζ轴方向到探 测器像面的距离是大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统焦距的0. 6 1. 2倍。本专利技术中的主反射镜1、次反射镜2和第三非球面反射镜4的材质均采用碳化硅材 料，也可以选用高比刚度、接近零膨胀的、热畸变较小的替代材料，如微晶材料。为了使大视场的目标(及远方物体)能成像在探测器像面9上，采用了离轴全反 射式系统的结构，第一非球面主反射镜5的光焦度为正，第二面球面反射镜6的光焦度为 负，无穷远的目标经过第一面反射镜5后照射到第二面球面镜6，经过第二面球面反射镜6 后照射到第三面非球面反射镜8，然后由第三面非球面反射镜8反射到多光谱列阵探测元 件9上，得到最后的像。本光学系统通过合理分配三块反射镜的光焦度，采用正-负-正的光焦度分配，主 镜采用高次非球面，次镜和三镜采用二次非球面。系统三块反射镜的光焦度分配平均，将畸 变控制作为系统优化中的一个重要边界，使得系统的成像畸变低。表1是系统的成像畸变值。表1系统成像畸变权利要求1.一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统，其特征在于，包括主反射镜(1)、 次反射镜O)、孔径光阑(3)、第三非球面反射镜(4)和探测器相面(5)，主反射镜(1)的 光轴、次反射镜O)的光轴、第三非球面反射镜的光轴和探测器的光轴平行，主反射镜 (1)、次反射镜( 和第三非球面反射镜(4)呈三角形，主反射镜(1)的光轴与第三非球面 反射镜的光轴沿次反射镜O)的光轴呈轴对称，探测器相面( 放置在第三非球面反 射镜的正前方，孔径光阑(3)的位置与次反射镜O)的位置重合。2.根据权利要求1所述的一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统，其特征在 于，所说的主反射镜(1)的反射面与次反射镜(2)的反射面相对，次反射镜(2)的反射面与 第三非球面反射镜(4)的反射面相对，第三非球面反射镜(4)的反射面与探测器的相面(5) 相对。3.根据权利要求1所述的一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统，其特征在 于，所说的主反射镜(1)是光焦度为正的高次非球面反射镜，次反射镜(2)是光焦度为负的 二次非球面反射镜，第三非球面反射镜(4)是光焦度为正的二次非球面反射镜。4.根据权利要求1所述的一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统，其特征在 于，所说的主反射镜(1)沿ζ轴方向到次反射镜O)的间距和次反射镜(2)沿ζ轴方向到 第三非球面反射镜的间距相等；主反射镜(1)沿ζ轴方向到次反射镜O)的间距是大 视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统焦距的0. 3 0. 5倍，第三非球面反射镜(4)沿 ζ轴方向到探测器像面的距离是大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统焦距的0. 6 1.2 倍。全文摘要一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统，涉及空间光学
，其包括主反射镜、次反射镜、孔径光阑、第三非球面反射镜和探测器相面，主反射镜的光轴、次反射镜的光轴、第三非球面反射镜的光轴和探测器的光轴平行，主反射镜、次反射镜和第三非球面反射镜呈三角形，主反射镜与第三非球面反射镜沿次反射镜的光轴呈对称布置，探测器相面放置在第三非球面反射镜的正前方，孔径光阑的位置与次反射镜的位置重合。本专利技术体积小，重量轻，三块反射镜均使用特殊基底材料。各反射镜之间间距设计合理，可抑制杂光。系统成像畸变低，图像变形小，满足采用TDI成像列阵探测器的系统低畸变要求。文档编号G02B27/00GK102087408SQ201010615489公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日专利技术者张新, 王灵杰, 翁志成 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统，其特征在于，包括主反射镜（１）、次反射镜（２）、孔径光阑（３）、第三非球面反射镜（４）和探测器相面（５），主反射镜（１）的光轴、次反射镜（２）的光轴、第三非球面反射镜（４）的光轴和探测器的光轴平行，主反射镜（１）、次反射镜（２）和第三非球面反射镜（４）呈三角形，主反射镜（１）的光轴与第三非球面反射镜（４）的光轴沿次反射镜（２）的光轴呈轴对称，探测器相面（５）放置在第三非球面反射镜（４）的正前方，孔径光阑（３）的位置与次反射镜（２）的位置重合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翁志成，王灵杰，张新，
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：82