【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及全反射光学系统，具体涉及一种超宽视场无遮拦全反射光学系统。
技术介绍
1、相对于折射光学系统，全反射光学系统在长焦距、大口径和宽波段光学系统中有着无可替代的优势。一般来说，在口径大于300mm的光学系统中，由于材料以及光学系统体积和重量的限制，单纯的折射系统就已经不适用了。这些限制对于反射系统来说，则完全不存在。在长焦系统中，可以通过反射镜来回折转光路，从而大大缩小系统体积；在反射系统中，光线并不穿过整个光学元件，而只是在光学元件的一侧反射，可以在保证面型稳定的前提下，挖空背面来减重。这些特征决定了反射系统特别适合于航天遥感应用。目前在轨的高分辨率对地观测卫星，如soptv、ikonos、quickbird和worldwile-i等，其光学系统均为全反射光学系统。宽谱段特性是全反射系统的另一个突出的优点。一般反射面镀的金属反射膜从紫外一直到远红外都有比较高的反射率，而且没有色差，非常适合宽谱段应用的光学系统。
2、在全反射系统中，由于光线来回反射，导致反射镜之间的相互遮拦是很大的问题。由于镜片之间互相的遮拦，因此全反射系统中镜片数量相对于折射系统要少很多。镜片数量少，使得校正光学系统像差的变量也就少，所以一般反射系统中镜片面型都使用二次曲面或高次非球面以增加变量个数，从而校正更多的像差，提高成像系统性能。
3、球面、二次曲面和高次非球面通过以下公式描述：
4、
5、其中：h为曲面任一点到其旋转对称轴的距离；z为曲面相对于顶点的矢高；c为曲面顶点处曲率；k为二次曲面系数
6、传统的反射式光学系统主要有牛顿系统、格里高利系统和卡塞格伦系统。它们的反射镜面型均为二次曲面，其中，牛顿系统由一抛物面构成；格里高利系统由一抛物面和一椭球面组成；卡塞格伦系统由一抛物面和一双曲面组成。这些系统都校正了球差，但其他和视场相关的像差没有得到充分校正，随着视场增大，这些系统的像质急剧变差。随后，卡塞格伦系统改进为一种称为rc的反射系统，主镜是非常接近抛物面的双曲面，次镜为双曲面。rc系统同时校正了球差和彗差，使得系统视场得到了扩展。著名的哈勃太空望远镜就是rc系统的一个非常成功的应用。在rc系统焦面附近增加一组校正场曲的平场镜可以进一步扩大成像系统的视场，但是折射元件的引入，大大限制了光学系统的宽谱段性能。
7、以上的二镜反射光学系统主镜均为凹面，一般都视场小、焦距长、口径大，适合远距离高分辨率成像，如天文望远镜和高分辨率对地详查等应用场景。但还有许多应用场景需要大视场、短焦距、小口径成像系统，如对地环境监测、气象预报、导航避障等应用场景。
8、如图1所示，us patents 4,037,943(1977)介绍了一种大视场的全反射光学系统。第一反射镜为凸球面镜，第二反射镜为凹球面镜。典型视场角60度，对于一些需要广角视场的应用是不够的。而且其孔径光阑上下端紧靠成像光线，使得系统杂光难于控制。
9、如图2所示，us patents 3,203,328(1965)介绍了一种全景360度用于人眼观测的全反射光学系统。整个系统由两个反射镜组成。主反射镜为凸的双曲面反射镜，系统孔径光阑位于双曲面主反射镜第二焦点处，第二反射镜为凹椭球面反射镜，椭球面第一个焦点位于光阑处，与主镜第二焦点重合，人眼观测点位于第二椭球面反射镜的另一个焦点。此系统用于人眼观察，并通过人眼在像面位置旋转实现360度环视，无法用现代主流图像传感器件如ccd和cmos获取图像。
技术实现思路
1、为了解决现有的全反射光学系统的杂光难以控制，成像质量低，或者是无法用现代主流图像传感器件，如ccd和cmos获取图像的技术问题，本专利技术提供了一种超宽视场无遮拦全反射光学系统。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特殊之处在于：包括共光轴的第一反射镜、第二反射镜、孔径光阑以及图像传感器件；
4、所述第一反射镜的反射面为凸扁椭球面，其二次曲面系数范围为1-5，用于对入射光线进行第一次反射；
5、所述第二反射镜设置在第一次反射的光路上，其反射面为凹扁椭球面，二次曲面系数范围为0-1，用于对第一次反射的光线进行第二次反射；
6、所述孔径光阑位于第一反射镜和第二反射镜之间的光路上，与第二反射镜的距离为第二反射镜顶点处的曲率半径的1/2，用于限制成像光束口径；
7、所述图像传感器件设置于第二次反射后的光线所在光路上，其焦面与第二次反射后的光线对应，用于获取图像。
8、进一步地，所述第一反射镜的二次曲面系数为3.252，曲率半径为50.65mm，其整体尺寸为长×宽＝32mm×12mm，偏光轴量为-11mm；
9、所述孔径光阑与第一反射镜间隔35.4mm；
10、所述第二反射镜的二次曲面系数为0.497，其顶点处的曲率半径为38.36mm，其整体尺寸为长×宽＝32mm×12mm，偏光轴量为5.5mm；所述第二反射镜与孔径光阑间隔19.18mm。
11、进一步地，所述图像传感器件的焦面与第二反射镜间隔25mm。
12、进一步地，还包括一次焦面滤光片阵列、第三反射镜和第四反射镜；
13、所述一次焦面滤光片阵列、第三反射镜和第四反射镜依次设置在第二反射镜与图像传感器件之间的光路上；所述一次焦面滤光片阵列中包含多个不同种类的滤光片，用于对第二次反射的光线在波长维度进行滤光；所述第三反射镜为凹面反射镜；所述第四反射镜为凸面反射镜；所述第三反射镜用于将滤光后的光线反射至第四反射镜，同时接收第四反射镜反射回的光线，然后对反射回的光线再次进行反射，使其进入图像传感器件的焦面。
14、进一步地，所述一次焦面滤光片阵列与第二反射镜间隔23mm；
15、所述第三反射镜与一次焦面滤光片阵列间隔77.63mm，其曲率半径为-76.19mm，其直径为48mm；
16、所述第四反射镜与第三反射镜间隔37.41mm，其曲率半径为-38.33mm，其直径为9.5mm；
17、所述图像传感器件的焦面与第三反射镜间隔77.5mm。
18、进一步地，还包括一次焦面滤光片阵列、一次焦面狭缝阵列、第三反射镜和凸面光栅；
19、所述一次焦面滤光片阵列、一次焦面狭缝阵列、第三反射镜和凸面光栅依次设置在第二反射镜与图像传感器件之间的光路上；所述一次焦面滤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：包括共光轴的第一反射镜(1)、第二反射镜(2)、孔径光阑(3)以及图像传感器件(8)；
2.根据权利要求1所述的超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：所述第一反射镜(1)的二次曲面系数为3.252，曲率半径为50.65mm，其整体尺寸为长×宽＝32mm×12mm，偏光轴量为-11mm；
3.根据权利要求2所述的超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：所述图像传感器件(8)的焦面与第二反射镜(2)间隔25mm。
4.根据权利要求1或2所述的超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：还包括一次焦面滤光片阵列(4)、第三反射镜(6)和第四反射镜(7)；
5.根据权利要求4所述的超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：所述一次焦面滤光片阵列(4)与第二反射镜(2)间隔23mm；
6.根据权利要求1或2所述的超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：还包括一次焦面滤光片阵列(4)、一次焦面狭缝阵列(5)、第三反射镜(6)和凸面光栅(9)；
7.根据权利要求6所述
8.根据权利要求1或2所述的超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：还包括折轴反射镜(10)；
9.根据权利要求1或2所述的超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：所述第一反射镜(1)和第二反射镜(2)均为旋转对称镜。
...【技术特征摘要】
1.一种超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：包括共光轴的第一反射镜(1)、第二反射镜(2)、孔径光阑(3)以及图像传感器件(8)；
2.根据权利要求1所述的超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：所述第一反射镜(1)的二次曲面系数为3.252，曲率半径为50.65mm，其整体尺寸为长×宽＝32mm×12mm，偏光轴量为-11mm；
3.根据权利要求2所述的超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：所述图像传感器件(8)的焦面与第二反射镜(2)间隔25mm。
4.根据权利要求1或2所述的超宽视场无遮拦全反射光学系统，其特征在于：还包括一次焦面滤光片阵列(4)、第三反射镜(6)和第四反射镜(7)；
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：马小龙，薛彬，吕娟，赵意意，贺应红，杨建峰，
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：
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