一种20°视场无中心遮拦的共轴四反射镜光学系统技术方案

一种20°视场无中心遮拦的共轴四反射镜光学系统，属于空间光学技术领域中涉及的一种光学系统，要解决的技术问题是：提供一种20°视场无中心遮拦的共轴四反射镜光学系统。技术方案：包括主镜、次镜、光阑、三镜、四镜、探测器像面。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，将光阑置于次镜的镜框上，两者固连，四镜放置在三镜的反射光路上，探测器像面放置在四反射镜光学系统的焦面上。为了避免中心遮拦采用偏视场设计，孔径光阑固连在次镜的镜框上；主镜和次镜都采用双曲面，三镜和四镜为包含二阶与六阶项的高次非球面。该系统能够获得丰富的地面信息，在空间光学领域具有很大的应用潜力。

【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20°视场无中心遮拦的共轴四反射镜光学系统。
技术介绍
现有的三反射镜光学系统已经在空间光学中得到广泛的应用，分为共轴三反射镜光学系统和离轴三反射镜光学系统。三反射镜光学系统不易将视场做大，视场角通常小于5° ,10°以上视场可称为大视场。在大视场下，共轴三反射镜光学系统由于存在较大的中心遮拦，使得进入光学系统的能量减少，从而影响光学系统的成像质量；离轴三反射镜光学系统通过离轴避免了中心遮拦，增加了设计自由度，但是，每一镜片偏摆和旋转自由度都需要矫正调节，光学基准与安装基准很难高精度重合，给加工、装调、检测带来很大困难；同时，由于三反射镜光学系统的设计自由度较少，一般畸变过大系统成像变形严重，影响了其应用范围。共轴四反射镜光学系统拥有足够的自由度来校正像差，并且同轴结构装调相对简单，因此，共轴四反射镜光学系统在空间光学的应用中具有很大的应用潜力。与本专利技术最为接近的已有技术是中国科学院西安光学精密机械研究所申请的一项专利技术专利，申请号为200810018151. 4，专利技术名称为共轴四反光学系统。该光学系统如附图说明图1所示，包括虚拟物面1、主镜2、次镜3、三镜4、四镜5和探测器像面6。次镜3设置在主镜2的反射光路上，三镜4设置在次镜3的反射光路上，四镜5设置在三镜4的反射光路上。成像光束经过虚拟物面I后，被主镜2反射到次镜3、再经过三镜4和四镜5的两次反射后成像在探测器像面6上。该成像系统达到11. 6°，畸变全视场控制在0.2%，但是还不能满足某些特殊应用对大视场的要求。专利技术和内容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平像场、光学传递函数在501p/_处达到O. 6和四片反射镜同轴的前提下，尽可能的扩大四反射镜光学系统的视场，以获取更多的信息资源。特设计一种20°视场、无中心遮拦、像差特性优良的共轴四反射镜光学系统。本专利技术要解决的技术问题是提供一种20°视场无中心遮拦的共轴四反射镜光学系统。解决技术问题的技术方案如图2所示，包括主镜7、次镜8、光阑9、三镜10、四镜11、探测器像面12。次镜8放置在主镜7的反射光路上，三镜10放置在次镜8的反射光路上，将光阑9置于次镜8的镜框上，两者固连，四镜11放置在三镜10的反射光路上，探测器像面12放置在四反射镜光学系统的焦面上。主镜7、次镜8、三镜10和四镜11的光路连接中各镜之间的距离分别为dl、d2、d3、d4;主镜7、次镜8、三镜10和四镜11，四个镜面的顶点曲率半径分别为Rl、R2、R3、R4、；主镜7和次镜8为双曲面，主镜7、次镜8的二次曲面系数为kl、k2 ;三镜10和四镜11为包含二阶与六阶项的高次非球面，三镜10 二次曲面系数为k3，二阶非球面系数为A3，六阶非球面系数为C3;四镜(11)的二次曲面系数为k4，二阶非球面系数为A4，六阶非球面系数为C4 ;其中，dl=-418. 645mm, d2=420. 000mm,d3=-419.000mm, d4=470. 000mm ;R1=_2263.496mm, R2=_1053. 517mm, R3=-1060. 361mm,R4=-802. 615mm ；kl=-5. 407，k2=_3. 661 ；k3=-0. 578，A3=4. 692E-5，C3=l. 935E-16 ；k4=-0. 943, A4=4.544E-4，C4=6.072E-16。这样就能实现20°视场无中心遮拦的共轴四反射光学系统。本专利技术的工作原理本光学系统为了使20°视场范围内的目标能清晰成像在探测器像面12上，采用了偏视场设计，成像光束在子午方向偏离光轴8°角进入光学系统，经过主镜7、次镜8、三镜10、四镜11四片反射面的反射，最终成像在探测器像面12上。为了实现偏视场无中心遮拦的设计，将光阑9设置在次镜8的镜框上；为获取优良的像差特性，利用非球面来校正像差，使得成像系统的成像质量接近衍射极限。在Ο-xyz右手坐标系中，球面和非球面的数学描述如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种20°视场无中心遮拦的共轴四反射镜光学系统，包括主镜(7)、次镜(8)、光阑(9)、三镜(10)、四镜(11)、探测器像面(12)；次镜(8)放置在主镜(7)的反射光路上，三镜(10)放置在次镜(8)的反射光路上，将光阑(9)置于次镜(8)的镜框上，两者固连，四镜(11)放置在三镜(10)的反射光路上，探测器像面(12)放置在四反射镜光学系统的焦面上；其特征在于：主镜(7)、次镜(8)、三镜(10)和四镜(11)的光路连接中各镜之间的距离分别为：d1、d2、d3、d4；主镜(7)、次镜(8)、三镜(10)和四镜(11)，四个镜面的顶点曲率半径分别为：?R1、R2、?R3、R4、；主镜(7)和次镜(8)为双曲面，主镜(7)、次镜(8)的二次曲面系数为k1、k2；三镜(10)和四镜(11)为包含二阶与六阶项的高次非球面，三镜(10)二次曲面系数为k3，二阶非球面系数为A3，六阶非球面系数为C3；四镜(11)的二次曲面系数为k4，二阶非球面系数为A4，六阶非球面系数为C4；其中，d1=?418.645mm，d2=420.000mm，d3=?419.000mm，d4=470.000mm；R1=?2263.496mm，R2=?1053.517mm，R3=?1060.361mm，R4=?802.615mm；k1=?5.407，k2=?3.661；k3=?0.578，A3=4.692E?5，C3=1.935E?16；k4=?0.943，?A4=4.544E?4，C4=6.072E?16；这样就能实现20°视场无中心遮拦的共轴四反射光学系统。...

【技术特征摘要】
1.一种20°视场无中心遮拦的共轴四反射镜光学系统，包括主镜(7)、次镜(8)、光阑(9)、三镜(10)、四镜(11)、探测器像面(12);次镜(8)放置在主镜(7)的反射光路上，三镜(10)放置在次镜(8)的反射光路上，将光阑(9)置于次镜(8)的镜框上，两者固连，四镜(11)放置在三镜(10)的反射光路上，探测器像面(12)放置在四反射镜光学系统的焦面上；其特征在于主镜(7)、次镜(8)、三镜(10)和四镜(11)的光路连接中各镜之间的距离分别为dl、d2、d3、d4 ;主镜(7)、次镜(8)、三镜(10)和四镜(11)，四个镜面的顶点曲率半径分别为Rl、R2、R3、R4、；主镜(7)和次镜⑶为双曲面，主镜(7)、次镜⑶的二次曲面系数为kl、k2 ;三镜(10)和四镜(11)为包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟奇，刘军，吕博，康玉思，柳华，
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：