多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统技术方案

本发明专利技术提供一种多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统，属于空间光学技术领域，为解决现有离轴光学系统体积庞大、装调难度高的问题，该光学系统包括：主反射镜、次反射镜、第三反射镜和第四反射镜，所述的主反射镜和第三反射镜组成一体镜A，次反射镜和第四反射镜组成一体镜B；光源发出光线，依次经由主反射镜、次反射镜、第三反射镜和第四反射镜反射后汇聚到焦平面上。该系统具有紧凑化和易装调的特点，可大幅降低加工成本和发射成本；该光学系统可满足可见光到红外波段成像和多光谱探测的需求。的需求。的需求。

【技术实现步骤摘要】
多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统


[0001]本专利技术属于空间光学
，具体涉及一种多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统。

技术介绍

[0002]大视场、长焦距空间相机在用于航空航天对地遥感观测时可以对较大范围目标进行一次性高清成像，广泛应用于环境监测、资源普查和军事国防等领域，是世界各国的重点研究对象。目前常用的空间相机光学系统主要有透射式、同轴反射式、同轴折返式和离轴反射式几种类型，其中透射式系统由于材料尺寸及其光学和力学特性的限制无法同时实现大视场和长焦距，同轴反射式和同轴折返式系统虽然容易做到长焦距，但无法实现大视场，只有离轴反射式系统兼具大视场和长焦距的特性。
[0003]目前技术较为成熟且应用最广泛的离轴系统是离轴三反系统，但三反射系统优化自由度相对较少，进而限制了系统的性能，虽然可以通过引入自由曲面来增加自由度，但由于自由曲面是非旋转对称面，加工难度极大，而且系统的检测和装调都不能采用传统的方法，因此会极大升高加工成本和装调难度，难以推广大范围使用。除此以外，离轴三反系统还有体积庞大、难以轻量化的缺点。
[0004]为解决离轴三反系统优化自由度少的问题，引入离轴四反系统。而现有的离轴四反系统有着离轴系统共有的缺点，即体积大、难以轻量化和由采用局部面型引起的装调和检测困难，这会导致制作成本和发射成本居高不下，难以实现大规模部署和快速响应。因此，设计一种易检测装调的离轴四反光学系统非常有必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有离轴四反系统结构复杂、体积大、难以轻量化和装调检测困难的问题，提供了一种多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供一种多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统，包括：主反射镜、次反射镜、第三反射镜和第四反射镜，所述的主反射镜和第三反射镜组成一体镜A，次反射镜和第四反射镜组成一体镜B；
[0008]光源发出光线，依次经由主反射镜、次反射镜、第三反射镜和第四反射镜反射后汇聚到焦平面上。
[0009]优选的是，所述的主反射镜、次反射镜、第三反射镜和第四反射镜同轴设置。
[0010]优选的是，所述的一体镜A为凸双曲面。
[0011]优选的是，所述的一体镜B为凹双曲面。
[0012]优选的是，所述的一体镜A的中心曲率半径为3722mm，一体镜B的半径为2351.74mm，两组反射镜中心间距为1439mm。
[0013]本专利技术的有益效果
[0014]本专利技术提供一种多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统，该光学系统中，
[0015]1)主反射镜和第三反射镜中心位置重合且各面型参数均相等，并且在光路中参与成像的位置没有重合，这使得主反射镜和第三反射镜可用一块基底同时加工，主反射镜和第三反射镜组成一体镜A，在进行面型检测时可以共用一套面型矫正镜和检测设备，同时实现同步同轴检测，可大幅缩短加工时间并节约成本。
[0016]2)本系统次反射镜部分是完整的二次曲面，因此装调简单，而且第四反射镜和次反射镜同轴放置且组成一体镜B，也可缩短加工、检测时间和装调时间，节约成本。
[0017]3)所有镜面均没有相对于光轴的倾斜，方便检测和装调。
[0018]4)本系统主反射镜和第三反射镜共用一面反射镜，次反射镜和第四反射镜共用一面反射镜，因此总共只需两件镜面结构支撑件，相比已有的离轴四反系统需要四件支撑结构，可极大缩小整机体积，减轻整机质量。
附图说明
[0019]图1为本专利技术多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统的结构示意图。
[0020]图2为本专利技术多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统的调制传递函数曲线图。
[0021]图3为本专利技术多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统的点列图。
[0022]图1中:1、主反射镜，2、次反射镜(孔径光阑)，3、第三反射镜，4、第四反射镜，5、焦平面。图2中，T表示子午光线的调制传递函数曲线，S表示弧矢光线的调制传递函数曲线，DIFF,LIMIT表示调制传递函数的衍射极限，DEG表示“度”，为视场角的单位。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
[0024]如图1所示，一种多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统，包括：
[0025]主反射镜1，作为系统的第一反射面；次反射镜2，作为系统的孔径光阑，与主反射镜1同轴设置，且在主反射镜1的反射光路上；第三反射镜3，与主反射镜1和次反射镜2同轴设置，在次反射镜2的反射光路上；第四反射镜4，与主反射镜1、次反射镜2、第三反射镜3同轴设置，在第三反射镜3的反射光路上，及焦平面5；
[0026]所述的主反射镜1和第三反射镜3中心位置重合且各面型参数相等，参与成像的位置分别在光轴下侧和上侧，可用一面反射镜实现，组成一体镜A；次反射镜2和第四反射镜4中心位置重合且各面型参数相等，可用一面反射镜实现，组成一体镜B且含有镜顶，方便装调。
[0027]所述系统采用视场离轴方案，中心视场相对于光轴逆时针方向偏转，在光路中，主反射镜1用到一体镜A的下半部分，第三反射镜用到一体镜A的上半部分，即主反射镜1和第三反射镜3可用一面反射镜一体镜A实现。
[0028]所述次反射镜2与孔径光阑位置重合，整片镜面均参与成像，第四反射镜4为系统最后一个反射面，在离轴成像过程中仅用到一体镜B上半部分，且第四反射镜4口径大于次反射镜2，即两个反射面可通过一面反射镜一体镜B来实现，且口径仅为第四反射镜4与次反射镜2半径之和。
[0029]所述的一体镜A为凸双曲面，所述的一体镜B为凹双曲面，在初始结构中利用反射镜的二次曲面系数校正初级像差中的球差、彗差、像散、畸变，通过合理分配各反射镜的曲率消除像面弯曲。
[0030]所述的光源发出光线，依次经由主反射镜1(即一体镜A的下半部分)、次反射镜2(一体镜B的下半部分)、第三反射镜3(即一体镜A的上半部分)和第四反射镜4(一体镜B的上半部分)反射后汇聚到焦平面5上。
[0031]所述的光学系统采用视场离轴的方式，通过调整视场离轴角度而非使反射面离轴和偏心来防止系统光路遮拦，可避免系统产生过多像差。
[0032]所述的主反射镜1和第三反射镜3面型参数相等，次反射镜2和第四反射镜4面型参数相等，系统光路实际相当于一个对称光路，有利于轴外像差。
[0033]本专利技术通过增大次反射镜2和第四反射镜4的曲率来缩小光学系统整体尺寸，同时调节主反射镜1和第三反射镜3的二次曲面常数和高阶系数以平衡像差。
[0034]本专利技术系统中，一体镜A的中心曲率半径为3722mm，一体镜B的半径为2351.74mm，两组反射镜中心间距为1439mm。所有反射面均为偶次非球面，且没有相对于光轴的倾斜。
[0035]系统子午方向视场离轴量为16
°
，可在避免次镜对光线的遮挡的同时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统，包括：主反射镜、次反射镜、第三反射镜和第四反射镜，其特征在于，所述的主反射镜和第三反射镜组成一体镜A，次反射镜和第四反射镜组成一体镜B；光源发出光线，依次经由主反射镜、次反射镜、第三反射镜和第四反射镜反射后汇聚到焦平面上。2.根据权利要求1所述的一种多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统，其特征在于，所述的主反射镜、次反射镜、第三反射镜和第四反射镜同轴设置。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春雨，谢运强，樊星皓，刘帅，
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：