一种长焦距、无畸变、平像场的折轴三反光学系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种长焦距、无畸变、平像场的折轴三反光学系统，包括主反射镜、设置在该主反射镜的反射光路上的次反射镜、折轴镜和第三反射镜，其中，折轴镜设置在次反射镜的反射光路上，第三反射镜设置在该折轴镜的反射光路上，在该第三反射镜的反射光路上设置有至少一片产生负畸变的透镜，该透镜距离像面的距离为ｆ／５至ｆ／３，其中ｆ为第三反射镜的焦距。本实用新型专利技术的光学系统消除了畸变，能够满足空间相机用于多光谱成像、立体成像和大比例尺地图测绘等对光学系统的需求。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光学应用技术，具体涉及一种长焦距、无畸变、平像场的折轴三反 光学系统。
技术介绍
现在普遍使用的三反射光学系统中由次镜和三镜产生的畸变均为正畸变，当减小 光学系统的视场角或放大主反射镜的曲率半径后，随着光线的入射高度和入射角度的减 小，整个光学系统的畸变可以变小，但其畸变值不会小于1%，不能满足空间相机多光谱成 像、立体成像和地图测绘的需求；而无畸变的三反光学系统像面是弯曲的，导致拼接的CCD 像面是弯曲的，更不利于应用。
技术实现思路
本技术的目的是解决
技术介绍
中所述的现有的三反射光学系统的畸变值较 大、像面弯曲不利于应用的缺陷，而提供了一种适合空间相机的长焦距、无畸变、平像场的 折轴三反光学系统，以满足空间相机多光谱成像，立体成像和大比例尺地图测绘的需求。本技术的技术解决方案是一种长焦距、无畸变、平像场的折轴三反光学系 统，包括主反射镜1、设置在该主反射镜1的反射光路上的次反射镜2、设置在该次反射镜2 的反射光路上的折轴镜3及设置在该折轴镜3的反射光路上的第三反射镜4，其特殊之处在 于，在该第三反射镜4的反射光路上设置有至少一片透镜5，且该透镜5距离像面的距离通 常为f/5-f/3(其中f为第三镜的焦距)，最佳距离约为距像面75mm左右(70_90mm)；并且 该透镜5采用双弯月形的凹凸(正弯月形)的正透镜，用于抵消次反射镜2和第三次反射 镜4所产生的正畸变；为了更好的消除该畸变，可以在第三反射镜4的反射光路上设置由凹 凸(正弯月形)的正透镜和双凹的负透镜组成的透镜组，从而更好的抵消掉次反射镜2和 第三反射镜4所产生的正畸变。由于本光学系统中在光学系统出瞳与像面之间放置靠近像面的消畸变透镜 (组)，用以抵消次反射镜和第三反射镜所产生的正畸变，同时，采用低折射率、耐辐射的光 学材料制成的消畸变透镜(组)，以减小系统的入射角度和入射高度，最后取得消除整个系 统畸变的效果，满足空间相机用于多光谱成像、立体成像和大比例尺地图测绘等对光学系 统的需求，扩大了系统的应用范围。附图说明图1是设置两片消畸变透镜时的本技术的光学系统的光路示意图；图2是设置一片消畸变透镜时的本技术的光学系统的光路示意图；图3是消畸变透镜设置在折轴镜的反射光路上并靠近像面的本技术的光学 系统的光路示意图；图4是消畸变透镜设置在折轴镜的反射光路上并靠近像面的本技术的光学系统的另一光路示意图；图5A是本技术的光学系统成像质量场曲曲线图；图5B是本技术的光学系统成像质量畸变曲线图；图6是本技术的光学系统成像质量衍射图。具体实施方式参见图1，本技术的光学系统为折轴三反光学系统，包括主反射镜1、设置在 该主反射镜1的反射光路上的次反射镜2、设置在该次反射镜2的反射光路上的折轴镜 3 (折轴镜3呈45°放置，折轴镜3的法线与主、次镜光轴夹角为45°，主反射镜1的光轴和 次反射镜2的光轴是重合的。)及设置在该折轴镜3的反射光路上的第三反射镜4，在该第 三反射镜4的反射光路上设置有至少一片透镜5 (消畸变透镜)即在该光学系统的出瞳与 像面之间放置透镜5，且该透镜5组靠近像面6，同时，该透镜5采用凹凸(正弯月形)的正 透镜，用于抵消次反射镜2和第三次反射镜4所产生的正畸变。参见图2，为了更好的消除系统的畸变，可以在第三反射镜4的反射光路上顺次设 置由凹凸(正弯月形)的正透镜和双凹的负透镜组成的透镜组，且靠近第三反射镜4的为 凹凸(正弯月形)的正透镜的正透镜，该透镜组产生负畸变，从而抵消掉次反射镜2和第三 反射镜4所产生的正畸变。参见图3、4，其中不同于图1和图2所示的光学系统的是，折轴镜3和第三反射镜 4的位置恰好互换，即第三反射镜4设置在次反射镜2的反射光路上，折轴镜3设置在第三 反射镜4的反射光路上；但其中一致的是，消畸变透镜(组)均设置在系统的出瞳和像面6 之间，且消畸变透镜(组)靠近像面6设置。图3所示光路中的折轴镜3仍然呈45°放置 (即折轴镜3的法线与主、次镜光轴夹角为45°，主反射镜1的光轴和次反射镜2的光轴是 重合的)，图4中的折轴镜放置位置无特殊要求，以符合像面6的排布为主。为了减小系统的入射角度和入射高度，该系统中的消畸变透镜(组)即凹凸 (正弯月)的正透镜和双凹的负透镜均采用低折射率、耐辐射的光学材料制成，如熔石英 (JGSl)，轻冕玻璃(QK1、QK2、QK3)等光学材料。由图5A和图5B可知，本技术的光学系统中基本不存在像散，系统的畸变量控 制在0.01%以下；由图6中可见，该光学系统的成像质量已经达到衍射极限。值得注意的是，该光学系统尤其适合大口径的空间相机，焦距最好是在 5000mm-15000mm，相对孔径为1 8_1 16之间，当光学系统的视场角小于1. 6°时，光学 系统的畸变量可以控制在0.01%以下，当光学系统的视场角大于1.6°但小于2.6°时，光 学系统仍然可以控制在0. 05%以下，光学系统基本无畸变，可以满足多光谱成像、立体成像 和大比例尺地图测绘等对光学系统的需求。权利要求一种长焦距、无畸变、平像场的折轴三反光学系统，包括主反射镜、设置在该主反射镜的反射光路上的次反射镜、折轴镜和第三反射镜，其特征在于所述折轴镜设置在次反射镜的反射光路上，所述第三反射镜设置在该折轴镜的反射光路上，在该第三反射镜的反射光路上设置有至少一片产生负畸变的透镜，该透镜距离像面的距离为f/5至f/3，其中f为第三反射镜的焦距。2.根据权利要求1所述的三反光学系统，其特征在于所述透镜距离像面的距离为 70-90mm。3.根据权利要求1或2所述的三反光学系统，其特征在于所述透镜是正弯月形的正透镜。4.根据权利要求1或2所述的三反光学系统，其特征在于所述透镜是两片，顺次设置 在第三反射镜的反射光路上，且距离该第三反射镜较近的透镜是凹凸的正透镜，另一片透 镜是双凹的负透镜。5.根据权利要求1所述的三反光学系统，其特征在于所述透镜是利用熔石英或轻冕 玻璃制成的透镜。6.一种长焦距、无畸变、平像场的折轴三反光学系统，包括主反射镜、设置在该主反射 镜的反射光路上的次反射镜、折轴镜和第三反射镜，其特征在于所述第三反射镜设置在次 反射镜的反射光路上，所述折轴镜设置在该第三反射镜的反射光路上，在该折轴镜的反射 光路上设置有至少一片透镜，且该透镜距离像面的距离为f/5至f/3，其中f为第三反射镜 的焦距。7.根据权利要求6所述的三反光学系统，其特征在于所述透镜距离像面的距离为 70-90mm。8.根据权利要求6或7所述的三反光学系统，其特征在于所述透镜是正弯月形的正透镜。9.根据权利要求6或7所述的三反光学系统，其特征在于所述透镜是两片，顺次设置 在折轴镜的反射光路上，且距离该折轴镜较近的透镜是凹凸的正透镜，另一片透镜是双凹 的负透镜。10.根据权利要求6所述的三反光学系统，其特征在于所述透镜是利用熔石英或轻冕 玻璃制成的透镜。专利摘要本技术涉及一种长焦距、无畸变、平像场的折轴三反光学系统，包括主反射镜、设置在该主反射镜的反射光路上的次反射镜、折轴镜和第三反射镜，其中，折轴镜设置在次反射镜的反射光路上，第三反射镜设置在该折轴镜的反射光路上，在该第三反射镜的反射光路上设置有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长焦距、无畸变、平像场的折轴三反光学系统，包括主反射镜、设置在该主反射镜的反射光路上的次反射镜、折轴镜和第三反射镜，其特征在于：所述折轴镜设置在次反射镜的反射光路上，所述第三反射镜设置在该折轴镜的反射光路上，在该第三反射镜的反射光路上设置有至少一片产生负畸变的透镜，该透镜距离像面的距离为ｆ／５至ｆ／３，其中ｆ为第三反射镜的焦距。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭阳，李英才，易红伟，马臻，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]