一种15°视场远心三个反射镜同轴的成像系统技术方案

一种15°视场远心三个反射镜同轴的成像系统，属于空间光学技术领域中涉及的一种远心离轴三反镜成像系统。要解决的技术问题是：提供一种15°视场远心三个反射镜同轴的成像系统。技术方案：包括主镜、次镜、三镜、孔径光阑和像面，主镜、次镜、三镜和孔径光阑四者同轴，主镜和三镜两者共面；次镜放置在主镜的反射光路上，三镜放置在次镜的反射光路上，孔径光阑放置在次镜前镜面边缘处；为了实现像方远心，孔径光阑到三镜的距离是三镜顶点曲率半径长度的一半；为了实现15°的宽视场，次镜采用凸球面镜，主镜和三镜都采用凹四次曲面镜；次镜到三镜的距离大于系统像方焦距长度的一半。该系统可获得丰富的地面资源信息，加工和装调难度小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间光学
中涉及的一种用于多光谱成像仪和成像光谱仪前置光学成像系统的远心离轴三反镜成像系统。
技术介绍
成像光谱仪是将光学成像系统和光谱分光系统有机结合在一起的一种先进的光学遥感器，能够同时获取目标的空间特征和光谱特征，实现对目标特性的综合探测与识别， 在科学、资源普查和经济建设等领域都有非常广泛的应用。成像光谱仪的前置光学成像系统和后置光谱分光系统都是远心的。相对于透射式成像系统和反射式成像系统具有结构简单、无色差、光谱范围宽、能够实现高分辨率和高能量利用率等特点。同时，离轴三反系统具有无遮拦、宽视场、像质好、结构紧凑等特点，广泛用于空间对地观测成像，是成像光谱仪前置光学成像系统的首选。与本专利技术最为接近的已有技术，是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在先申请的专利技术专利，申请号为201010599531. 9，专利技术名称为“三个反射镜同轴视场角10° 的远心离轴三反镜成像系统”，如图1所示，包括主镜1、次镜2、三镜3和孔径光阑4，主镜1、 次镜2、三镜3和孔径光阑4四者同轴，其主镜1为凹双曲面镜，次镜2为凸球面镜，三镜3 为凹扁球面镜，次镜2放置在主镜1的反射光路上，三镜3放置在次镜2的反射光路上，孔径光阑4放置在次镜2上，孔径光阑4到三镜3的距离是三镜3顶点曲率半径长度的一半， 5为成像系统的像面。该成像系统虽然能够达到10°的视场角，但还是不能够满足某些特殊应用对视场宽度的要求，视场宽度关系到成像系统对地成像观测画幅的宽度，决定了成像光谱仪获取的资源信息量的大小。
技术实现思路
为了克服已有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于在保证系统远心、平像场、衍射极限调制传递函数和三个反射镜同轴的前提下，尽可能地扩大离轴三反镜成像系统的视场角，以获取更多的信息资源，特设计一种视场角为15°三个反射镜同轴的远心离轴三反镜成像系统。本专利技术要解决的技术问题是提供一种15°视场远心三个反射镜同轴的成像系统。解决技术问题的技术方案如图2所示包括主镜6、次镜7、三镜8、孔径光阑9、像面10; 主镜6、次镜7、三镜8和孔径光阑9四者同轴，主镜6和三镜8两者共面；次镜7放置在主镜6的反射光路上，三镜8放置在次镜7的反射光路上，孔径光阑9放置在次镜7前镜面边缘处；设离轴三反镜成像系统的相关结构参数f ‘为远心离轴三反镜成像系统的像方焦距，R1^ R2和R3分别为主镜6反射面、次镜7反射面和三镜8反射面的顶点曲率半径，Cl1, d2 和d3分别为主镜6到次镜7、次镜7到三镜8和三镜8到像面10的距离；为了实现像方远心，孔径光阑9到三镜8的距离是三镜8顶点曲率半径长度的一半，即d2 = I R31 /2 ；为了实现15°的宽视场，次镜7采用凸球面镜，主镜6和三镜8都采用凹四次曲面镜，次镜7到三镜8的距离d2大于系统像方焦距长度的一半，即d2> |f' |/2。工作原理说明主镜6将15°视场角内的辐射接收并且反射到次镜7上，15°宽视场辐射依次经次镜7和三镜8的反射，在像面10上形成地面景物15°宽视场的远心影像。由于次镜7采用凸球面镜，主镜6和三镜8都采用凹四次曲面镜，且主镜6、次镜7和三镜8同轴，主镜6和三镜8共面，这种近似对称的结构排列容易校正系统象差，使得成像系统成像质量在至少15°视场接近衍射极限。本专利技术的积极效果本专利技术提供的三个反射镜同轴的远心离轴三反镜成像系统视场角可以达到15°以上，使多光谱成像仪、成像光谱仪对地观测的画幅宽度提高到原来的 1. 5倍，从资源信息量的获取方面有效地提高了多光谱成像仪、成像光谱仪的对地观测能力；成像系统为同轴结构，系统加工和装调难度小；主镜6和三镜8的位置重合，若将主镜6 反射面和三镜8反射面设计加工在同一块基底材料上，则可以进一步降低系统加工的复杂性，使系统装调更加容易。附图说明图1是已有技术的结构示意图；图2是本专利技术的远心离轴三反镜成像系统结构示意图。具体实施例方式本专利技术按图2所示的结构实施。其中，选取像方焦距f' =-720mm，相对孔径D/F =1/4，视场离轴角为8°，主镜6反射面的顶点曲率半径队= -1846. 21236mm，次镜7反射面的顶点曲率半径& = -566. 92974mm,三镜8反射面的顶点曲率半径R3 = -809mm,主镜6 到次镜7的距离Cl1 = -404. 5mm,次镜7到三镜8的距离d2 = 404. 5mm,三镜8到像面10的距离 d3 = -666. 26761mm，主镜 6 反射面的非球面系数 e/ = 4. 44886,θι4 = 2. 56243e_011， 次镜7反射面的非球面系数e22 = 0，三镜8反射面的非球面系数e32 = -0. 23399、e34 =-1.41839e-011，这样可以得到较理想的15°视场远心三个反射镜同轴的成像系统。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种１５°视场远心三个反射镜同轴的成像系统，包括主镜（６）、次镜（７）、三镜（８）、孔径光阑（９）、像面（１０）；其特征在于主镜（６）、次镜（７）、三镜（８）和孔径光阑（９）四者同轴，主镜（６）和三镜（８）两者共面，次镜（７）放置在主镜（６）的反射光路上，三镜（８）放置在次镜（７）的反射光路上，孔径光阑（９）放置在次镜（７）前镜面边缘处；该离轴三反镜成像系统的相关结构参数为：ｆ′为远心离轴三反镜成像系统的像方焦距，Ｒ１、Ｒ２和Ｒ３分别为主镜（６）反射面、次镜（７）反射面和三镜（８）反射面的顶点曲率半径，ｄ１、ｄ２和ｄ３分别为主镜（６）到次镜（７）、次镜（７）到三镜（８）和三镜（８）到像面（１０）的距离；孔径光阑（９）到三镜（８）的距离是三镜（８）顶点曲率半径长度的一半，即ｄ２＝｜Ｒ３｜／２，次镜（７）采用凸球面镜，主镜（６）和三镜（８）都采用凹四次曲面镜，次镜（７）到三镜（８）的距离ｄ２大于系统像方焦距长度的一半，即ｄ２＞｜ｆ′｜／２。

【技术特征摘要】
1. 一种15°视场远心三个反射镜同轴的成像系统，包括主镜(6)、次镜(7)、三镜(8)、 孔径光阑(9)、像面(10)；其特征在于主镜(6)、次镜(7)、三镜(8)和孔径光阑(9)四者同轴，主镜(6)和三镜(8)两者共面，次镜(7)放置在主镜(6)的反射光路上，三镜(8)放置在次镜(7)的反射光路上，孔径光阑(9)放置在次镜(7)前镜面边缘处；该离轴三反镜成像系统的相关结构参数为f'为远心离轴三反镜成像系统的像方焦距，R1^ R2和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓梅，向阳，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82