本发明专利技术揭示了一种光学成像系统，包括依次排列的次镜、主镜、校正透镜组、像场校正镜；根据三级像差理论，考虑消除单色像差中的球差、彗差、像散和像场弯曲四项，所述主镜为抛物面；次镜为双曲面，次镜双曲面的圆锥系数根据次镜材料折射率确定。本发明专利技术双反光学成像系统经过计算机优化，其像质和视场得到了较为明显的提高，从几何点列图（ＳＰＯＴ）、调制传递函数ＭＴＦ和环围能量ＥＥ来看，其像质基本达到了衍射极限。
Optical imaging system and manufacturing method thereof
The invention discloses an optical imaging system includes successively arranged primary mirror, secondary mirror, correction lens group, field corrector; according to the three order aberration theory, consider the elimination of monochromatic aberrations in spherical aberration, coma, astigmatism and field curvature in four, the main mirror for the secondary mirror is parabolic; hyperboloid hyperboloid mirror, a conical coefficient is determined according to the secondary mirror material refractive index. The dual optical imaging system by computer optimization, the image quality and the field are obviously improved, from the geometric point diagram (SPOT), the modulation transfer function MTF and encircled energy EE, the image quality reaches the diffraction limit.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学领域，涉及一种光学成像系统，尤其涉及一种双反加校正透镜光学系统， 另外，本专利技术还涉及该光学系统的制造方法。
技术介绍
传统的双反形式物镜有格里高利系统(如图1所示)、卡赛格林系统(如图2所示)和 R-C系统。其中格里高利系统的特点是，主镜为抛物面，次镜为椭球面，主镜抛物面的焦点与次镜 椭球面的一个焦点重合，成像于次镜面的另外一个焦点，系统存在中间像点，筒长较大；卡赛格林系统的主镜为抛物面，次镜为双曲面，主镜抛物面焦点与次镜双曲面的一个虚 焦点重合，成像于次镜面的另外一个焦点上，因为没有中间像点，筒长较短；R-C系统是对卡赛格林系统的改进，为了增大视场，将主镜面改为接近抛物面的双曲面， 次镜面仍为双曲面，但两镜面焦点不重合，在控制像质的前提下进行计算机优化，得到最终 的非球面和间距参数，其筒长与卡赛格林系统相当。常用的RC系统(双反系统)是根据三级像差理论设计的，仅仅考虑了五种单色像差的前 两项，即球差和彗差。其设计结果中，主、次镜都为非球面，其中主镜为接近抛物面的双曲 面，次镜为双曲面，二者的检验必须相互配合才能完成，这给加工检验带来了很大难度。另 外，次镜为双曲面，其圆锥系数K多在-1 -6之间，因其通常是计算机优化的结果，所以具 有不确定性，导致次镜无法进行单独的检验。对RC系统的改进之一是加入校正透镜组，但这 样不会改变主次镜面焦点的相对位置，在提高像质和增大视场方面的指标受到很大限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可以有效提高像质和视场的双反光学成像系统。 另外，本专利技术还提供了一种上述双反光学成像系统的制造方法。 为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种光学成像系统，包括依次排列的次镜、主镜、校正透镜组、像场校正镜；根据三级 像差理论，考虑消除单色像差中的球差、彗差、像散和像场弯曲四项，所述主镜为抛物面； 次镜为双曲面，次镜双曲面的圆锥系数根据次镜材料折射率确定。作为本专利技术的一种优选方案，所述次镜双曲面的圆锥系数大于等于次镜材料折射率平方的相反数-0.5、小于等于次镜材料折射率平方的相反数+0.5。优选地，所述次镜双曲面的圆锥系数为次镜材料折射率平方的相反数。作为本专利技术的一种优选方案，所述次镜双曲面的圆锥系数根据次镜材料折射率及检验光束波长确定；圆锥系数& =—<其中k是圆锥系数，2为检验光束的波长， 表示在波长义下 的折射率。作为本专利技术的一种优选方案，所述次镜的一侧为双曲面，另一侧为平面反射面。 作为本专利技术的一种优选方案，所述主镜与次镜的焦点不重合；设主镜次镜的焦点重合时，次镜距主镜的距离为L，主镜焦距为f'，则次镜与主镜的距离大于L+0.06*f，、小于等于L+0.10*f,。作为本专利技术的一种优选方案，所述主镜、次镜、无光焦度校正透镜组和像场校正透镜均 为石英材料。上述光学成像系统的制造方法，包括如下步骤-加工主镜的步骤将主镜加工成设定的抛物面；加工次镜的步骤将次镜加工成双油面，该双曲面的圆锥系数根据次镜材^W斤射率及检 验光束波长确定。作为本专利技术的一种优选方案，所述次镜双曲面的圆锥系数大于等于次镜材料折射率平方 的相反数-0.5、小于等于次镜材料折射率平方的相反数+0.5，优选地，所述次镜双曲面的圆锥 系数为次镜材料折射率平方的相反数。作为本专利技术的一种优选方案，所述加工次镜的步骤中，次镜的一侧为双曲面，另一侧为 平面反射面；在加工中将次镜的平面反射面加工成平面并镀反射膜，同时其双油面暂时不镀 任何膜系；在经过独立面型检验并合格之后，再将双曲面镀反射膜，进而与主镜进行装调和 总检。作为本专利技术的一种优选方案，所述方法包括消除球差、彗差、像散、场曲四个单色像差 的步骤。本专利技术的有益效果在于本专利技术双反光学成像系统经过计算机优化，其像质和视场得到 了较为明显的提高，从几何点列图(SPOT)、调制传递函数MTF和环围能量EE来看，其像质基 本达到了衍射极限。附图说明图1为现有技术中格里高利Gregory系统的结构示意图。图2为现有技术中卡赛格林Cassegrain系统的结构示意图。图3为本专利技术光学系统的结构示意图。图4为光学系统次镜的结构示意图。图5为光学系统像差分析的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施例。请参阅图3，本专利技术揭示了一种光学成像系统，包括依次排列的次镜l、主镜2、校正透 镜组3、像场校正镜4、焦面5。所述主镜2为抛物面；次镜l为双曲面，次镜l双曲面的圆 锥系数根据次镜材料折射率及检验光束波长确定。本实施例中，所述次镜双曲面的圆锥系数 为次镜材料折射率平方的相反数。请参阅图4，所述次镜l的一侧为双曲面ll，另一侧为平面反射面12。在双曲型非球面 的单次折射成像中，使用该种特殊的次镜l，当把点光源放置在其远端的焦点时，发散的光束 能够经过非球面进入介质而成为平行光。如图4所示，透镜的左侧面为双曲面11，右侧面为 平面反射面12。利用这一特性，可以进行这一非球面的无像差点(无需补偿系统)独立检验。 这一表面的圆锥系数即为材料折射率的平方取负值，这与实际使用的系数K在相同的取值区 间，因此考虑将这种表面作为双反系统的次镜进行设计，以方便单独加工、检验。本专利技术中，所述主镜2与次镜1的焦点不重合。设主镜2次镜1的焦点重合时，次镜距 主镜的距离为L，主镜焦距为f'，则本专利技术中次镜l与主镜2的距离大于L+0.06水f，、小于 等于L+0.1(^f'。主次镜的焦点重合5(寸于轴上光线成像是非常有利的，因为这完全符合几何 光学的原理，但在大视场情况下，对于轴外光线，像质会急剧恶化，因此在本专利技术中，根据 像差设计理论，考虑将次镜向远离主镜的方向移动一定的距离，首先引入负像差，以补偿后 续光学面的各类像差，这样做对轴外光线的像差校正提供了有利的初始条件。实际的设计结 果表明，这样的间隔选取，对轴外光线的像质改善起到了较为明显的作用。另外，所述主镜、次镜、无光焦度校正透镜组和像场校正透镜均为石英材料。以下介绍本专利技术光学成像系统的制造方法，该方法中，将主镜加工成设定的抛物面；将 次镜加工成双曲面，该双曲面的圆锥系数根据次镜材料折射率及检验光束波长确定。本实施 例中，所述次镜双曲面的圆锥系数为次镜材料折射率平方的相反数。所述加工次镜的步骤中，次镜的一侧为双曲面，另一侧为平面反射面；在加工中将次镜 的平面反射面加工成平面并镀反射膜，同时其双曲面暂时不镀任何膜系；在经过独立面型检 验之后，再将双曲面镀反射膜，进而与主镜进行装调和总检。请参阅图5，该制造方法包括消除球差、彗差、像散、场曲四个单色像差的步骤，具体包 括校正透镜组消除单色像差步骤、及像场校正镜消除单色像差步骤。三级像差理论中的单色像差一共有五类，分别为球差、彗差、像散、像场弯曲和畸变，分别用^、 &、 &、 &和&来表不。校正透镜组消除单色像差步骤的具体方法如下-& = M + , + /^《+ M +碼+ /^2《2 + M +碼， ^S3 = ^ + 2叶^ ++ 。, ++ &尸2 + 2 /&『2 + 72丄<D2 +/^22尺2 + &户3 +『3,& & & 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学成像系统，包括依次排列的次镜、主镜、校正透镜组、像场校正镜；其特征在于：所述主镜为抛物面；次镜为双曲面，次镜双曲面的圆锥系数根据次镜材料折射率确定。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郝沛明，原育凯，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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