本发明专利技术属于光学成像领域，涉及一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统。主要用于大视场高分辨率对地成像。解决现有遥感光学系统不能同时满足成像视场大、工作波段较宽与结构紧凑要求的问题。沿光线传播方向依次包括主镜、次镜、三镜、四镜和补偿透镜；主镜、次镜与三镜的轴向中心均开设内孔，三镜嵌入主镜的内孔中；四镜嵌入次镜的内孔中；光线在传播方向上依次经过主镜、次镜、三镜、四镜的反射后透过补偿透镜，到达焦平面成像；主镜、次镜、三镜与四镜均为最高次数为四次的偶次非球面镜，采用四块偶次非球面反射镜对光路进行折转，使得系统的总长大大缩减，同时主镜与三镜、次镜与四镜一体加工，减小系统的总镜片数量，降低系统装调难度。
【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统
本专利技术属于光学成像领域，具体涉及一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统。主要用于大视场高分辨率对地成像，也可用于城市安全监控、国土普查、防灾减灾等领域。
技术介绍
随着光学技术发展，光学遥感领域的重要性不断增加，同时对用于遥感的光学系统提出了更高性能的要求。为适应新的性能要求，遥感光学系统逐步向长焦距、大口径、宽谱段、大视场、结构紧凑等方向发展，而全反射系统在实现上述指标上具有独特的优势。传统的RC系统具有长焦距、大口径、结构紧凑、易装调等优势，由于采用了透射补偿镜，系统的工作波段较窄，且系统成像视场很难做大；离轴三反射光学系统虽能够实现长焦距、大口径、宽谱段、大视场等功能，但是单系统本身的装调较为复杂，总体尺寸也比较大。同时为了扩大视场和校正像差，在离轴三反射的基础上也发展出了离轴四反射结构，进一步加剧了系统总体尺寸与装调的复杂度。北京空间机电研究所葛婧菁等人申请的专利号为CN109459844A的专利《一种紧凑型大视场互嵌式折反射光学系统》，系统采用了复杂化的格里高利系统，次镜与三镜之间存在一个中间像面，以同轴四反射的形式实现了一种更优化的系统设置，整体结构紧凑、总长度小于有效焦距的1/10，全视场可达3°，成像质量接近衍射极限。说明书中给出了光学系统的入瞳直径为1250mm，焦距为7700mm，假定系统的遮拦比为1/3，系统等效F#＝6.7。系统可以理解为格里高利系统，区别在于补偿镜为反射镜，由于格里高利系统本身的成像视场较小，采用反射镜作为补偿镜之后，整体成像视场仍然不大。RC系统类似于格里高利系统，区别在于没有一次像面，成像视场更大。因此，本专利技术根据RC系统提出一种基于RC系统的同轴四反射光学系统，系统具有成像视场大，系统F#小，系统结构紧凑、工作谱段宽、成像质量高等特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统，以解决现有遥感光学系统不能同时满足成像视场大、工作波段较宽与结构紧凑要求的问题。本专利技术光学系统具有成像视场大，系统F#小等特点，同时还具有结构紧凑、工作谱段宽、成像质量高、装调简单等特点。本专利技术的技术解决方案是提供一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统，其特殊之处在于：沿光线传播方向依次包括主镜、次镜、三镜、四镜和补偿透镜；还包括设置在次镜上的光阑；所述主镜、次镜与三镜的轴向中心均开设内孔，所述三镜嵌入主镜的内孔中，三镜的外周面紧贴主镜内孔孔壁；所述四镜嵌入次镜的内孔中，四镜的外周面紧贴次镜内孔孔壁；所述补偿透镜位于三镜内孔中，与三镜内孔孔壁之间具有间隙；光线在传播方向上依次经过主镜、次镜、三镜、四镜的反射后透过补偿透镜，到达焦平面成像；所述主镜、次镜、三镜与四镜均为最高次数为四次的偶次非球面镜，所述补偿透镜的表面为球面；所述主镜与次镜、次镜与三镜、三镜与四镜之间的中心间距均相等。进一步地，所述主镜的曲率半径为-76.80mm，所述主镜与次镜的中心间距为38.70mm，所述主镜的conic系数为-1.00，所述主镜的二次项系数为3.8340e-3，所述次镜的四次项系数为1.9887e-8。进一步地，所述次镜的曲率半径为-35.05mm，所述次镜与三镜的中心间距为38.70mm，所述次镜的conic系数为-1.16，所述次镜的二次项系数为0.0106，所述次镜的四次项系数为-2.3981e-7。进一步地，所述三镜的曲率半径为-17.52mm，所述三镜与四镜的间距为38.70mm，所述三镜的conic系数为-1.02，所述三镜的二次项系数为0.0262，所述三镜的四次项系数为-4.9931e-7。进一步地，所述四镜的曲率半径为-13.68mm，所述四镜与补偿透镜的间距为40.58mm，所述四镜的conic系数为-0.97，所述四镜的二次项系数为0.03468，所述四镜的四次项系数为7.9750e-7。进一步地，所属补偿透镜的材料为融石英，前表面曲率半径为33.26mm，后表面的曲率半径为29.60mm，透镜中心厚度为2.00mm。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术采用四块偶次非球面反射镜对光路进行折转，使得系统的总长大大缩减，同时主镜与三镜、次镜与四镜一体加工，减小系统的总镜片数量，降低系统装调难度；2.本专利技术主镜与次镜、次镜与三镜、三镜与四镜之间的中心间隔均相等，保证了主镜与三镜、次镜与四镜在光轴位置重合，有利于减小主镜与三镜、次镜与四镜一体加工时产生的矢高差，同时降低主镜与三镜、次镜与四镜一体加工时光学加工与光学检测的难度；3.与背景中提到的同轴四反射光学系统相比，在保持了系统结构紧凑、成像质量高，工作谱段宽的特性下，光学系统的全视场达到5°，系统有效F#降低到1.70，且在100lp/mm处的传递函数高于0.4。附图说明图1为本专利技术光学系统的结构示意图；图2为本专利技术光学系统光路结构示意图；图3为本专利技术光学系统的MTF曲线；图4为本专利技术光学系统弥散斑图；图5为本专利技术光学系统场曲畸变曲线；图中附图标记为：1-主镜；2-次镜，3-三镜，4-四镜、5-补偿透镜，6-焦平面。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的描述。如图1所示，为本实施例光学系统的结构示意图，在光学路径上放置主镜1与三镜3的组合镜、次镜2和四镜4的组合镜和补偿透镜5。主镜1的轴向中心均开设内孔，三镜3嵌入主镜的内孔中，三镜的外周面紧贴主镜内孔孔壁；次镜2的轴向中心均开设内孔，四镜4嵌入次镜2的内孔中，四镜4的外周面紧贴次镜2内孔孔壁；三镜3的轴向中心亦开设内孔，补偿透镜位于三镜内孔中，与三镜内孔孔壁之间具有间隙。系统光阑位于次镜2，且系统中不存在中间像面。光线在传播方向上依次经过主镜1、次镜2、三镜3、四镜4和补偿透镜5，之后达到焦平面6。上述紧凑型大视场小F#折反射光学系统中，主镜1、次镜2、三镜3与四镜4四个反射镜均为最高次数为四次的偶次非球面镜，补偿透镜5的表面均为球面；主镜1的曲率半径为-76.80mm，主镜1与次镜2的间距为38.70mm，主镜1的conic系数为-1.00，主镜1的二次项系数为3.8340e-3，次镜2的四次项系数为1.9887e-8；次镜2的曲率半径为-35.05mm，次镜2与三镜3的间距为38.70mm，次镜2的conic系数为-1.16，次镜2的二次项系数为0.0106，次镜2的四次项系数为-2.3981e-7；三镜3的曲率半径为-17.52mm，三镜3与四镜4的间距为38.70mm，三镜3的conic系数为-1.02，三镜3的二次项系数为0.0262，三镜3的四次项系数为-4.9931e-7；四镜4的曲率半径为-13.68mm，四镜4与补偿透镜5的间距为40.58mm，四镜4的conic系数为-0.97，四镜4的二次项系数为0.03468，四镜4的四次项系数为7.9750e-7；补偿透镜的材料为融石英，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统，其特征在于：沿光线传播方向依次包括主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)、四镜(4)和补偿透镜(5)；还包括设置在次镜上的光阑；/n所述主镜(1)、次镜(2)与三镜(3)的轴向中心均开设内孔，所述三镜(3)嵌入主镜(1)的内孔中，三镜(3)的外周面紧贴主镜(1)内孔孔壁；所述四镜(4)嵌入次镜(2)的内孔中，四镜(4)的外周面紧贴次镜(2)内孔孔壁；所述补偿透镜(5)位于三镜(3)内孔中，与三镜(3)内孔孔壁之间具有间隙；光线在传播方向上依次经过主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)、四镜(4)的反射后透过补偿透镜(5)，到达焦平面成像；/n所述主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)与四镜(4)均为最高次数为四次的偶次非球面镜，所述补偿透镜(5)的表面为球面；/n所述主镜(1)与次镜(2)、次镜(2)与三镜(3)、三镜(3)与四镜(4)之间的中心间距均相等。/n
【技术特征摘要】
1.一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统，其特征在于：沿光线传播方向依次包括主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)、四镜(4)和补偿透镜(5)；还包括设置在次镜上的光阑；
所述主镜(1)、次镜(2)与三镜(3)的轴向中心均开设内孔，所述三镜(3)嵌入主镜(1)的内孔中，三镜(3)的外周面紧贴主镜(1)内孔孔壁；所述四镜(4)嵌入次镜(2)的内孔中，四镜(4)的外周面紧贴次镜(2)内孔孔壁；所述补偿透镜(5)位于三镜(3)内孔中，与三镜(3)内孔孔壁之间具有间隙；光线在传播方向上依次经过主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)、四镜(4)的反射后透过补偿透镜(5)，到达焦平面成像；
所述主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)与四镜(4)均为最高次数为四次的偶次非球面镜，所述补偿透镜(5)的表面为球面；
所述主镜(1)与次镜(2)、次镜(2)与三镜(3)、三镜(3)与四镜(4)之间的中心间距均相等。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统，其特征在于：所述主镜(1)的曲率半径为-76.80mm，所述主镜(1)与次镜(2)的中心间距为38.70mm，所述主镜(1)的conic系数为-1.00，所述主镜(1)的二次项系数为3.8340e-3，所述次镜(2)的四次项系数为1.9887e-8。
3.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈阳，王虎，金阿敏，薛要克，解永杰，刘阳，林上民，刘杰，刘美莹，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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