【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开大体涉及光学成像系统，并且更具体地涉及用于卫星或飞行器中的小形状因子的基于四反射镜的光学成像系统。
技术介绍
1、光学成像系统在许多应用中有用，诸如成像行星或恒星。已知的用于卫星成像的光学系统设计包括传统的三反射镜无收差透镜(anastigmat)(tma)设计和korsch设计。现有的光学成像解决方案在尺寸和相应的分辨率能力方面存在缺陷。因而，需要改进光学成像。
技术实现思路
1、在一方面，公开了一种全反射光学系统。该全反射光学系统包括具有中心孔和半径的凹形主反射镜，主反射镜具有抛物面、非抛物面圆锥形和非球面表面中的一个；面向主反射镜的凸形次级反射镜，次级反射镜具有非球面表面，其中光轴从主反射镜的顶点延伸至次级反射镜的顶点；凹形三级反射镜，布置在主反射镜后面，三级反射镜具有抛物面、非抛物面圆锥形和非球面表面中的一个；凹形四级反射镜，布置在主反射镜的中心孔中或在主反射镜后面，四级反射镜具有球形、抛物线形、非抛物线形圆锥形和非球形表面中的一个；以及具有一个或多个聚集的传感器的至少一个图像平面。图像平面定位在距光轴不大于主反射镜半径的距离处。
2、在一些实施方式中，光学系统可另外包括：定位在主反射镜或次级反射镜附近的入射光瞳；以及出射光瞳或lyot光阑，定位在1)靠近四级反射镜、2)在三级反射镜和四级反射镜之间、以及3)在四级反射镜和图像平面之间中的一个处。
3、在一些实施方式中，光学系统可另外包括布置成将光线从四级反射镜偏转到图像平面的一个或多个折叠反射
4、在一些实施方式中，定义为次级反射镜与三级反射镜之间的距离与光学系统的有效焦距之比的形状因子可小于0.09。主反射镜和次级反射镜的顶点可形成光轴，该光轴可为从主反射镜的顶点延伸至次级反射镜的顶点的几何基准线。主反射镜和次级反射镜可关于光轴对称或具有周期性。周期性反射镜的对角线可与图像平面的对角线成0度或45度的角度。三级反射镜的光轴可能与机械轴不一致。
5、在一些实施方式中，次级反射镜的半径可在有效焦距的1％至3％的范围内，而三级反射镜的半径可在有效焦距的2％至3％的范围内。四级反射镜的半径可在有效焦距的6％至22％的范围内。
6、在一些实施方式中，折叠反射镜可实现同时多色成像，其中每个折叠反射镜可在特定光谱范围上反射，并且在其它光谱范围上透射，并且其中每个添加的折叠反射镜和聚集的传感器中的对应的一个可与不同的光谱范围相关联。
7、在一些实施方式中，沿着光轴从三级反射镜到图像平面的距离可在有效焦距的3％至9％的范围内，并且沿着光轴从次级反射镜到三级反射镜的距离可在有效焦距的4％至9％的范围内。在500公里的高度，该系统的成像分辨率可能优于1m。
8、在一些实施方式中，该系统可适于支持同时多色成像，包括：1)全色和rgb和近红外；2)可见光和红外(近红外、短波红外、中波红外或长波红外)；3)可见光和可见光；4)红外和红外；5)uv和可见光；和6)uv和红外成像。
9、在一些实施方式中，主反射镜的直径可在有效焦距的3％至8％的范围内。距主反射镜的焦点距离可在有效焦距的1％至6％的范围内。有效焦距可在300毫米至20000毫米的范围内。该光学系统还可包括用于一个或多个反射镜的支承结构。该支承结构可增材制造。
10、在一些实施方式中，图像平面可包括电荷联接器件(ccd)-in-cmos时间延迟积分(tdi)传感器。ccd-in-cmos tdi传感器可为多光谱tdi、背侧照明成像器。ccd-in-cmos tdi传感器可包括每个4096×256像素的七个ccd阵列。ccd-in-cmos tdi传感器可包括每个16384×96像素的四个全色ccd阵列和8192×48像素的八个多光谱ccd阵列。
11、在一些实施方式中，主反射镜可具有圆形或非圆形形状，三级反射镜可具有分段的非圆形形状，并且四级反射镜具有圆形或非圆形形状。主反射镜的非圆形形状可增强调制传递函数(mtf)和信噪比(snr)。
12、在一些实施方式中，四级反射镜可面对三级反射镜，并且可定位成避免从第二反射镜到三级反射镜的光线的干扰。该光学系统还可包括反射镜的支承结构，支承结构包括主反射镜的圆柱形管或圆锥形挡板。四个反射镜可由零cte材料、低cte材料或温和cte材料构成，其中四个反射镜和支承结构可由一种材料制成。该系统可适于以星(starring)、扫描或推扫、视频、立体声、brdf(双向反射分布函数)、hdr(高动态范围)、偏振和低光的模式提供成像。
13、在一些实施方式中，该系统可适于安装在用于包括通信卫星的非成像任务的机载卫星上，或者安装在成像卫星、准成像卫星或科学任务卫星上。该系统可适于安装在机载飞机、无人机、无人飞行器和气球上。四级反射镜和至少一个图像平面之间的后焦距可在有效焦距的2％至5％的范围内。
14、在另一方面，公开了一种全反射光学系统，其包括：具有中心孔和半径的凹形主反射镜，主反射镜具有抛物面、非抛物面、圆锥形和非球面表面中的一个；面向主反射镜的凸形次级反射镜，次级反射镜具有双曲线表面，其中光轴从主反射镜的顶点延伸至次级反射镜的顶点；凹形三级反射镜，其布置在主反射镜后面，三级反射镜具有抛物面、非抛物面、圆锥面和非球面表面中的一个；凹形四级反射镜，其布置在主反射镜的中心孔的前面，四级反射镜具有球形、抛物线形、非抛物线形、圆锥形和非球形表面中的一个；以及至少一个图像平面，具有一个或多个聚集的传感器，其中图像平面定位在距光轴不大于主反射镜的半径的径向距离处。
15、在另一方面，公开了一种全反射光学系统，包括：具有中心孔和半径的凹形主反射镜，主反射镜具有抛物面、非抛物面圆锥形和非球面表面中的一个；面向主反射镜的凸形次级反射镜，次级反射镜具有非球面表面，其中光轴从主反射镜的顶点延伸至次级反射镜的顶点；凹形三级反射镜，布置在主反射镜后面，三级反射镜具有抛物面、非抛物面圆锥形和非球面表面中的一个；凹形四级反射镜，布置在主反射镜的中心孔中或在主反射镜后面，四级反射镜具有球形面、抛物形面、非抛物形面圆锥形和非球形面表面中的一个；至少一个图像平面，具有一个或多个聚集的传感器，其中图像平面定位在距光轴不大于主反射镜的半径的径本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全反射光学系统，包括：
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第二图像平面和所述第三图像平面各自定位成在距所述光轴大于所述主反射镜的半径的径向距离处靠近所述主反射镜。
3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中，所述第一分束器和所述第二分束器各自定位在所述主反射镜与所述次级反射镜之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中，所述第一分束器和所述第二分束器各自相对于所述光轴具有在65度至115度范围内的倾斜角。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，还包括出射光瞳或Lyot光阑，所述出射光瞳或所述Lyot光阑位于以下位置中的一个：1)在所述第二四级反射镜和所述第三四级反射镜附近；2)在所述第二三级反射镜和所述第三三级反射镜与所述第二四级反射镜和所述第三四级反射镜之间；以及3)在所述第二四级反射镜和所述第三四级反射镜与所述第二图像平面和所述第三图像平面之间，并且其中，在所述第一折叠反射镜和所述第二折叠反射镜附近形成中间焦点。
6.一种反射和反射折射光学系统，包括：
7.根据权利要求
8.根据权利要求7所述的反射和反射折射光学系统，其中，所述第三图像平面和所述第四图像平面各自包括市售传感器，并且其中，所述第一组透镜和所述第二组透镜的焦距各自独立地调节，以使所述第一组透镜和所述第二组透镜中的每一个的光学分辨率与所述市售传感器中的每一个的像素尺寸相匹配。
9.根据权利要求7或8所述的反射和反射折射光学系统，其中，所述第一组透镜和所述第二组透镜各自包括具有球面表面或非球面表面的透镜。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的反射和反射折射光学系统，其中，所述第一分束器和所述第二分束器各自定位在所述主反射镜与所述次级反射镜之间。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的反射和反射折射光学系统，其中，所述第一分束器和所述第二分束器各自相对于所述光轴具有在65度至115度范围内的倾斜角。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的反射和反射折射光学系统，还包括出射光瞳或Lyot光阑，所述出射光瞳或所述Lyot光阑定位在所述第一组透镜和所述第二组透镜中，并且位于所述第三图像平面和所述第四图像平面之前，并且其中，在所述第一折叠反射镜和所述第二折叠反射镜附近形成中间焦点。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的反射和反射折射光学系统，其中，所述第一组透镜和所述第二组透镜的透镜是辐射硬化透镜或抗辐射透镜。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的反射和反射折射光学系统，其中，折叠反射镜执行扫描，以用比当所述折叠反射镜不执行扫描时更少的传感器覆盖所述光学系统的视场。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的反射和反射折射光学系统，还包括惯性测量单元，所述惯性测量单元连接至所述第一折叠反射镜和所述第二折叠反射镜，以通过稳定所述系统的视线或定位在所述第三图像平面和所述第四图像平面处的图像传感器的瞬时视场来补偿所述系统的不期望的运动。
16.根据权利要求6所述的反射和反射折射光学系统，还包括：
17.根据权利要求6所述的反射和反射折射光学系统，还包括：
18.根据权利要求6所述的反射和反射折射光学系统，还包括：
19.根据权利要求6所述的反射和反射折射光学系统，还包括：
20.根据权利要求6所述的反射和反射折射光学系统，还包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种全反射光学系统，包括：
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第二图像平面和所述第三图像平面各自定位成在距所述光轴大于所述主反射镜的半径的径向距离处靠近所述主反射镜。
3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中，所述第一分束器和所述第二分束器各自定位在所述主反射镜与所述次级反射镜之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中，所述第一分束器和所述第二分束器各自相对于所述光轴具有在65度至115度范围内的倾斜角。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，还包括出射光瞳或lyot光阑，所述出射光瞳或所述lyot光阑位于以下位置中的一个：1)在所述第二四级反射镜和所述第三四级反射镜附近；2)在所述第二三级反射镜和所述第三三级反射镜与所述第二四级反射镜和所述第三四级反射镜之间；以及3)在所述第二四级反射镜和所述第三四级反射镜与所述第二图像平面和所述第三图像平面之间，并且其中，在所述第一折叠反射镜和所述第二折叠反射镜附近形成中间焦点。
6.一种反射和反射折射光学系统，包括：
7.根据权利要求6所述的反射和反射折射光学系统，还包括：
8.根据权利要求7所述的反射和反射折射光学系统，其中，所述第三图像平面和所述第四图像平面各自包括市售传感器，并且其中，所述第一组透镜和所述第二组透镜的焦距各自独立地调节，以使所述第一组透镜和所述第二组透镜中的每一个的光学分辨率与所述市售传感器中的每一个的像素尺寸相匹配。
9.根据权利要求7或8所述的反射和反射折射光学系统，其中，所述第一组透镜和所述第二组透镜各自包括具有球面表面或非球面表面的透镜。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的反射和反射...
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