一种基于折反式拼接主镜的高分辨率光学系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于折反式拼接主镜的高分辨率光学系统，涉及光学成像技术领域，能够提高大口径反射式光学系统的视场大小，获得较大视场的高分辨率成像；该系统沿着光线传播方向依次设置第一拼接反射主镜、第二反射镜、第一折射镜和第二折射镜；所述第一拼接反射主镜和所述第二反射镜相对而设，所述第一折射镜和所述第二折射镜均设于所述第一拼接反射主镜的外侧；采用矩形视场；所述第一拼接反射主镜的填充因子小于1，有效口径小于3m，光学系统的视场大小为0.8

【技术实现步骤摘要】
一种基于折反式拼接主镜的高分辨率光学系统


[0001]本专利技术涉及光学成像
，尤其涉及一种基于折反式拼接主镜的高分辨率光学系统。

技术介绍

[0002]为了提高光学系统的分辨率，需要增大系统的通光孔径。随着人类探索的深入，大口径光学系统的需求越来越迫切，因此大口径光学系统的研究将会是未来的一个重要方向。
[0003]而对于超大口径的设计，受到诸如镜面材料、加工工艺、航天器运载能力、发射体积等因素的限制，单口径为主体的传统光学望远镜的设计理念已经难以支撑空间望远镜口径增大的需要。因此，通过小尺寸子镜拼接得到大口径反射主镜的形式成为首选。
[0004]大口径光学系统的设计一般选择反射式或折反式，但是选择反射式结构，系统的视场较小，一般在秒级，因此折反式结构则成为大口径高分辨率大视场系统的一种选择。1978年美国在亚里桑那建造的MMT(Multiple Mirror Telescope)是最早的稀疏孔径成像系统。它由六块直径为1.8m的子望远镜组成,等效孔径相当于直径4.45m的望远镜。系统内有计算机控制的调整系统和图像的激光稳定系统,视场为3秒。但是该系统只有很小的一部分视场能够被定相,同时需要一个有经验的操作人员进行人工调整。The Multi Aperture Imaging Array系统由9个口径10cm的子望远镜排成“Y”字形。每个子望远镜为10倍放大率,系统等效孔径0.65m,视场15microradians。该系统的特色是采用了Phase Diversity波前传感方法在白光照明情况下利用扩展目标进行闭环定相控制。Star9系统也是由9个子望远镜组成。每个子望远镜口径为12.5cm,系统等效口径0.61m,视场角1μrad。另一个用于天文观测的地基光学稀疏孔径成像系统是LBT(The Large Binocular Telescope)。它由亚里桑那大学和一些国际研究机构合作共同建造。LBT由两个8.4m的主镜组成,它们被固定在共同的基座上。系统最长基线达到22.8m。当工作波长在550nm时,系统角分辨率达到6.1mas。但以上光学系统的在视场上依然存在不足，不能满足高视场要求。
[0005]因此，有必要研究一种基于折反式拼接主镜的高分辨率光学系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于折反式拼接主镜的高分辨率光学系统，能够提高大口径反射式光学系统的视场大小，获得较大视场的高分辨率成像。
[0007]一方面，本专利技术提供一种基于折反式拼接主镜的高分辨率光学系统，其特征在于，所述光学系统沿着光线传播方向依次设置第一拼接反射主镜、第二反射镜、第一折射镜和第二折射镜；
[0008]所述第一拼接反射主镜和所述第二反射镜相对而设，所述第一折射镜和所述第二折射镜均设于所述第一拼接反射主镜的外侧；
[0009]所述光学系统采用矩形视场。
[0010]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一拼接反射主镜由若干子镜拼接而成；每个子镜相互独立，所有子镜对称分布。
[0011]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一拼接反射主镜的中间设有过孔，由所述第二反射镜反射后的光线通过所述过孔后照射在所述第一折射镜上。
[0012]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一拼接反射主镜的光学特性为：
‑
0.15f
′
＜f1′
＜
‑
0.1f
′
，
‑
0.3f
′
＜R1＜
‑
0.2f
′
；所述第二反射镜的光学特性为：0.05f
′
＜f2′
＜0.1f
′
，0.1f
′
＜R2＜0.2f
′
；所述第一折射镜的光学特性为：0.1f
′
＜f3′
＜0.25f
′
，0.03f
′
＜R
31
＜0.05f
′
，0.04f
′
＜R
32
＜0.06f
′
；所述第二折射镜的光学特性为：
‑
0.15f
′
＜f4′
＜
‑
0.04f
′
，
‑
0.15f
′
＜R
41
＜
‑
0.04f
′
，0.045f
′
＜R
41
＜0.006f
′
；
[0013]其中，f
′
为系统焦距；f1′
、f2′
、f3′
、f4′
依次为第一拼接反射主镜、第二反射镜、第一折射镜、第二折射镜的焦距；R1、R2、R
31
、R
32
、R
41
、R
42
依次为第一拼接反射主镜、第二反射镜、第一折射镜第一面、第一折射镜第二面、第二折射镜第一面、第二折射镜第二面的曲率半径。
[0014]一般认为一个光学系统产生的波前在二十分之一个波长以下可以进行完善成像，而现在的大口径光学系统的成像波段一般是红外波段，不能进行可见光波段成像，包括著名的詹姆斯韦伯望远镜(JWST)，如图6和图7所示，在可见光波段形成的波像差大小为五分之一个波长左右，只能成像在短波红外到中波红外波段，因此对于大口径光学系统在可见光波段进行成像，需要对系统的结构参数进行重新优化，包括每个反射镜的曲率半径，二次项系数和镜子之间的距离等，得到一个全新结构参数的光学系统，形成的波像差大小小于二十分之一个波长。正如本申请上述光学特性，使得本申请的光学系统能够实现可见光和红外光的光学成像。
[0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一拼接反射主镜的填充因子小于1，有效口径小于3m。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一拼接反射主镜由18块六边形子镜拼接而成。
[0017]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述光学系统的视场大小为0.8
°×
0.8
°
。
[0018]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述光学系统的焦距为30
‑
40m，，口径为2.8
‑
3.5m；探测器像元尺寸为5
‑
10μm。
[0019]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述光学系统的成像谱段为0.5
‑
0.9μm。
[0020]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于折反式拼接主镜的高分辨率光学系统，其特征在于，所述光学系统沿着光线传播方向依次设置第一拼接反射主镜、第二反射镜、第一折射镜和第二折射镜；所述第一拼接反射主镜和所述第二反射镜相对而设，所述第一折射镜和所述第二折射镜均设于所述第一拼接反射主镜的外侧；所述光学系统采用矩形视场。2.根据权利要求1所述的基于折反式拼接主镜的高分辨率光学系统，其特征在于，所述第一拼接反射主镜由若干子镜拼接而成；每个子镜相互独立，所有子镜对称分布。3.根据权利要求1所述的基于折反式拼接主镜的高分辨率光学系统，其特征在于，所述第一拼接反射主镜的中间设有过孔，由所述第二反射镜反射后的光线通过所述过孔后照射在所述第一折射镜上。4.根据权利要求1所述的基于折反式拼接主镜的高分辨率光学系统，其特征在于，所述第一拼接反射主镜的光学特性为：
‑
0.15f
′
＜f1′
＜
‑
0.1f
′
，
‑
0.3f
′
＜R1＜
‑
0.2f
′
；所述第二反射镜的光学特性为：0.05f
′
＜f2′
＜0.1f
′
，0.1f
′
＜R2＜0.2f
′
；所述第一折射镜的光学特性为：0.1f
′
＜f3′
＜0.25f
′
，0.03f
′
＜R
31
＜0.05f
′
，0.04f
′
＜R
32
＜0.06f
′
；所述第二折射镜的光学特性为：
‑
0.15f
′
＜f4′
＜
‑
0.04f
′
，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张蕾，王臣臣，谢远，田晓，任俊鹏，
申请(专利权)人：西安航空学院，
类型：发明
国别省市：