折反式光学成像系统技术方案

本申请提供一种折反式光学成像系统。该折反式光学成像系统包括沿光路依次设置的同轴折射镜组、离轴反射镜组、离轴折射镜组和焦平面，并且，所述光学成像系统满足以下条件：所述光学成像系统满足以下条件：所述光学成像系统满足以下条件：其中，表示所述光学成像系统的焦距，表示所述同轴折射镜组的焦距，表示所述离轴反射镜组的焦距，表示所述离轴折射镜组的焦距。本申请能够适用于可见光和近红外波段，像方远心设计可匹配可见光和近红外光谱仪应用。光和近红外光谱仪应用。光和近红外光谱仪应用。

【技术实现步骤摘要】
折反式光学成像系统


[0001]本申请涉及光学成像
，尤其涉及一种折反式光学成像系统。

技术介绍

[0002]可见光和近红外波段的对地观测光学成像系统，尤其是可见光和近红外波段的成像光谱仪在土地资源调查、海洋环境监测、土壤分析、植被监测、大气分析和防灾减灾等军民用领域具有广泛的应用前景。其中，可见光和近红外波段成像光谱仪的前置望远镜系统承担着收集光能量、将目标地面场景大幅缩倍、出光匹配光谱仪的重要作用，因此，望远系统应在可见光和近红外波段具有较好的透过率，且结构简单以减小反射/透射效率的影响，同时满足像方远心需求，还需具备一定的环境适应能力。
[0003]对地观测望远光学系统包括透射式和反射式。折射式光学系统由于需要校正五种几何像差和色差，通常结构较为复杂，由此导致系统透过率不高且难以实现轻量化设计；同轴反射式由于难以完善校正球差、彗差之外的其他像差，有效视场小，且存在孔径遮挡；离轴两反系统不存在色差，可轻量化设计，系统透过率高，但是视场较小，且无法满足远心度要求。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种折反式光学成像系统，能够适用于可见光和近红外波段，像方远心设计可匹配可见光和近红外光谱仪应用。
[0005]本申请的一个方面提供一种折反式光学成像系统。所述折反式光学成像系统包括沿光路依次设置的同轴折射镜组、离轴反射镜组、离轴折射镜组和焦平面，并且，所述光学成像系统满足以下条件：
[0006][0007][0008]其中，表示所述光学成像系统的焦距，表示所述同轴折射镜组的焦距，表示所述离轴反射镜组的焦距，表示所述离轴折射镜组的焦距。
[0009]进一步地，所述同轴折射镜组包括同轴设置的第一同轴透镜和第二同轴透镜，所述离轴反射镜组包括离轴设置的第一离轴反射镜和第二离轴反射镜，所述离轴折射镜组包括离轴设置的离轴透镜，其中，所述第一同轴透镜、所述第二同轴透镜、所述第一离轴反射镜、所述第二离轴反射镜和所述离轴透镜沿着光路依次设置。
[0010]进一步地，所述光学成像系统还满足以下条件：
[0011][0012][0013][0014]其中，表示所述第一同轴透镜的焦距，表示所述第二同轴透镜的焦距，表示所述第一离轴反射镜的焦距，表示所述第二离轴反射镜的焦距。
[0015]进一步地，所述光学成像系统还满足以下条件：
[0016][0017][0018][0019][0020]其中，表示所述第一同轴透镜与所述第二同轴透镜的间距，表示所述第二同轴透镜与所述第一离轴反射镜的间距，表示所述第一离轴反射镜与所述第二离轴反射镜的间距，表示所述第二离轴反射镜与所述离轴透镜的间距，表示所述离轴透镜与所述焦平面的间距。
[0021]进一步地，所述同轴折射镜组和所述离轴折射镜组由对0.4~1.7μm波段内高透过率的材料。
[0022]进一步地，所述第一同轴透镜由折射率1.456、阿贝常数90.9的材料构成，所述第二同轴透镜由折射率1.713、阿贝常数53.832的材料构成，所述离轴透镜由折射率1.5891、阿贝常数61.254的材料构成。
[0023]进一步地，所述第一离轴反射镜和所述第二离轴反射镜由单晶硅、碳化硅、铝或微晶玻璃材料构成。
[0024]进一步地，所述同轴折射镜组中的所述第一同轴透镜的像侧面和所述第二同轴透镜的像侧面采用偶次非球面设计，所述同轴折射镜组中的其余面均采用球面设计。
[0025]进一步地，所述第一离轴反射镜和所述第二离轴反射镜均采用偶次非球面设计。
[0026]进一步地，所述离轴透镜的面形均采用球面设计。
[0027]进一步地，所述折反式光学成像系统还包括光阑，所述光阑位于所述第一离轴反射镜上，所述光学成像系统的体积≤55mm
×
42mm
×
35mm。
[0028]进一步地，所述光学成像系统工作于
‑
40~80℃范围内的温度条件下，用于对0.4~
1.7μm可见光和近红外波段范围内的目标进行探测。
[0029]进一步地，所述折反式光学成像系统还包括镜筒，所述镜筒的材料选用热膨胀系数为10
×
10
‑6/℃的钛合金。
[0030]进一步地，所述光学成像系统的焦距为36mm，F数取2≤F≤4，视场为32
°×1°
。
[0031]进一步地，所述光学成像系统为像方远心，入瞳位于无限远处，各个视场远心度小于1
°
。
[0032]进一步地，所述光学成像系统的透过率达84%以上。
[0033]本申请一个或多个实施例的折反式光学成像系统至少能够取得以下的有益技术效果：一、本申请的折反式光学成像系统采用离轴折反式结构，其中，离轴反射镜组利用反射镜宽波段适用性以及无色差优势，折射镜组选用在0.4~1.7μm波段内高透过率的材料，从而使得系统适用于可见光和近红外波段范围，系统透过率可达84%以上。
[0034]二、本申请的折反式光学成像系统结构简单，仅包括第一同轴透镜、第二同轴透镜、第一离轴反射镜、第二离轴反射镜和离轴透镜，即三片透镜和两片反射镜，镜筒材料选用热膨胀系数较小的钛合金，因而，系统具有很好的温度适应性，可以保证不同温度条件下红外超长波目标探测光学系统成像质量均满足要求，使该系统能够工作于
‑
40~80℃范围内的温度条件下。
[0035]三、本申请的折反式光学成像系统基于离轴两反系统无色差和大口径的优势，进一步增加折射镜组，校正轴外视场像差，将系统视场增大至32
°×1°
，整个视场达到接近衍射极限的成像质量；同时，折射镜组进一步提升了系统的远心度，各个视场远心度均小于1
°
。
[0036]四、本申请的折反式光学成像系统F数取2≤F≤4，具有较强的能量收集能力，可大幅提高成像信噪比，有益于其后接光谱仪的需求。
附图说明
[0037]图1为本申请一个实施例的折反式光学成像系统的二维结构图。
[0038]图2为本申请一个实施例的折反式光学成像系统的三维结构图。
[0039]图3为本申请一个实施例的折反式光学成像系统在
‑
40℃时的光学传递函数曲线。
[0040]图4为本申请一个实施例的折反式光学成像系统在20℃时的光学传递函数曲线。
[0041]图5为本申请一个实施例的折反式光学成像系统在80℃时的光学传递函数曲线。
[0042]图6为本申请一个实施例的折反式光学成像系统在(0
°
，0
°
)视场时的透过率曲线。
[0043]图7为本申请一个实施例的折反式光学成像系统在(16
°
，0.5
°
)视场时的透过率曲线。
[0044]图8为本申请一个实施例的折反式光学成像系统在(
‑
16
°
，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种折反式光学成像系统，其特征在于，包括沿光路依次设置的同轴折射镜组、离轴反射镜组、离轴折射镜组和焦平面，并且，所述光学成像系统满足以下条件：反射镜组、离轴折射镜组和焦平面，并且，所述光学成像系统满足以下条件：反射镜组、离轴折射镜组和焦平面，并且，所述光学成像系统满足以下条件：其中， 表示所述光学成像系统的焦距， 表示所述同轴折射镜组的焦距， 表示所述离轴反射镜组的焦距， 表示所述离轴折射镜组的焦距。2.如权利要求1所述的折反式光学成像系统，其特征在于：所述同轴折射镜组包括同轴设置的第一同轴透镜和第二同轴透镜，所述离轴反射镜组包括离轴设置的第一离轴反射镜和第二离轴反射镜，所述离轴折射镜组包括离轴设置的离轴透镜，其中，所述第一同轴透镜、所述第二同轴透镜、所述第一离轴反射镜、所述第二离轴反射镜和所述离轴透镜沿着光路依次设置。3.如权利要求2所述的折反式光学成像系统，其特征在于：所述光学成像系统还满足以下条件：下条件：下条件：下条件：其中， 表示所述第一同轴透镜的焦距， 表示所述第二同轴透镜的焦距， 表示所述第一离轴反射镜的焦距， 表示所述第二离轴反射镜的焦距。4.如权利要求3所述的折反式光学成像系统，其特征在于：所述光学成像系统还满足以下条件：下条件：下条件：下条件：下条件：其中， 表示所述第一同轴透镜与所述第二同轴透镜的间距， 表示所述第二同
轴透镜与所述第一离轴反射镜的间距， 表示所述第一离轴反射镜与所述第二离轴反射镜的间距， 表示所述第二离轴反射镜与所述离轴透镜的间距， 表示所述离轴透镜与所述焦平面的间距。5.如权利要求2所述的折反式光学成像系统，其特征在于：所述同轴折射镜组和所述离轴折射镜组由对0.4~1.7μm波段内高透过率的材料构成。6.如权利要求5所述的折反式光学成像系统，其特征在于：所述第一同轴透镜由折射率1.456、阿贝常数90.9的材料构成，所述第二同轴透镜由折...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃明，魏雅喆，姚祎，吕祥，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：