專利名稱：大視場共軸球面四反射光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大視場共軸球面四反射光學(xué)系統(tǒng)，特別適用于紫外、可見光與紅外多波段成像。
背景技術(shù)：
反射式成像光學(xué)系統(tǒng)跟傳統(tǒng)的透射式光學(xué)系統(tǒng)相比較，具有重量輕、大口徑、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，能對無限遠(yuǎn)物體清晰成像，在航空航天探測方面有著廣泛的應(yīng)用。但目前現(xiàn)有的大視場反射系統(tǒng)仍有較多的問題共軸的反射系統(tǒng)視場較小，不能滿足空間光學(xué)系統(tǒng)大口徑大視場的需求；離軸的反射系統(tǒng)雖然視場較大，但加工裝調(diào)比較困難，不利于系統(tǒng)的安裝使用。國內(nèi)與本發(fā)明相似的專利為CN200810018151.4，該系統(tǒng)擁有X方向11.6°、7方向1°的視場，視場相對較小，難以滿足對視場更大的要求。為解決以上問題，本發(fā)明特設(shè)計一種共軸球面四反射光學(xué)系統(tǒng)，采用四個共軸的球面進(jìn)行全反射成像，可適于較大視場(X方向18°，y方向8° )，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、長度較短，并可以達(dá)到衍射極限的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是探測器要求大視場的條件下，現(xiàn)有的共軸反射系統(tǒng)視場較小、離軸式的反射光學(xué)系統(tǒng)加工裝調(diào)困難，提出一種新的共軸球面四反射光學(xué)成像系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。如附圖I所示，大視場共軸球面四反射光學(xué)系統(tǒng)包括光焦度為負(fù)的球面反射鏡
(I)、光焦度為正的球面反射鏡(2)、球面反射鏡(3)、球面反射鏡(4)和探測器像面(5);在光的傳播方向上，各光學(xué)元件按順序依次排列。其中，光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)是凸的球面反射鏡，光焦度為正的球面反射鏡(2)是凹的球面反射鏡，光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)與光焦度為正的球面反射鏡(2) 組成反攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)來擴(kuò)大視場，球面反射鏡(3)與球面反射鏡(4)用來校正像差。其中光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)位于光焦度為正的球面反射鏡(2)與球面反射鏡(3)之間。本發(fā)明具體設(shè)計方法如下I.采用光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)作為第一面反射鏡，對入射的光進(jìn)行發(fā)散， 再利用光焦度為正的球面反射鏡(2)作為第二面反射鏡，對光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I) 反射過來的光束進(jìn)行會聚。球面反射鏡(I)與球面反射鏡(2)的組合形成一個反攝遠(yuǎn)型物鏡的形式，擁有了較大視場(X方向18°，y方向8° ) ο2.為了使系統(tǒng)的成像質(zhì)量更高，又加入了球面反射鏡(3)與球面反射鏡(4)。球面反射鏡(3)與球面反射鏡(4)的加入使系統(tǒng)有了更多的變量來校正像差，系統(tǒng)最終的成像質(zhì)量較高，MTF值達(dá)到了衍射極限。3.為了減小系統(tǒng)的加工裝調(diào)難度，本發(fā)明采用的四個反射鏡均為球面，且為球心
3共軸系統(tǒng)，使加工裝調(diào)成本降低。4.合理安排結(jié)構(gòu)，減少系統(tǒng)長度，將光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)位于光焦度為正的球面反射鏡(2)與球面反射鏡(3)之間，并將球面反射鏡(4)置于光焦度為負(fù)的球面反射鏡⑴之前。通過以上的設(shè)計方法，本發(fā)明的一種共軸球面四反射光學(xué)系統(tǒng)可適于較大視場的成像(X方向18°，y方向8° )，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、長度較短，并且MTF值達(dá)到衍射極限。本發(fā)明的工作原理無窮遠(yuǎn)目標(biāo)發(fā)射的光依次經(jīng)過光焦度為負(fù)的球面反射鏡
(1)、光焦度為正的球面反射鏡(2)、球面反射鏡(3)、球面反射鏡(4)和探測器像面(5)得到最后的像。有益效果本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用了光焦度為負(fù)的球面反射鏡⑴與光焦度為正的球面反射鏡(2)組成反攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)來擴(kuò)大視場，并使用球面反射鏡(3)、球面反射鏡
(4)進(jìn)行像質(zhì)補(bǔ)償。系統(tǒng)擁有較大市場，且像質(zhì)較高，MTF值達(dá)到衍射極限。因?yàn)椴捎昧朔瓷湫问剑到y(tǒng)沒有色差。所以本發(fā)明特別適用于紫外、可見光與紅外多波段成像。


圖I是不同視場下光線走向示意圖；圖2是已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖I中，I-光焦度為負(fù)的球面反射鏡、2-光焦度為正的球面反射鏡、3-球面反射鏡、4-球面反射鏡、5-探測器像面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例如圖I所示，本發(fā)明將主要應(yīng)用于紫外、可見光與紅外多波段成像?？蓮V泛應(yīng)用于觀測與搜索等領(lǐng)域中。如圖I所示，本發(fā)明的一種大視場共軸球面四反射光學(xué)系統(tǒng)包括光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)、光焦度為正的球面反射鏡(2)、球面反射鏡(3)、球面反射鏡(4)和探測器像面(5);在光的傳播方向上，各光學(xué)元件按順序依次排列。實(shí)施例中，無窮遠(yuǎn)目標(biāo)發(fā)射的光依次經(jīng)過以上各光學(xué)元件后照射到探測器元件上，得到最后的像。實(shí)施例中，光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)是凸的球面反射鏡，光焦度為正的球面反射鏡(2)是凹的球面反射鏡，光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)與光焦度為正的球面反射鏡
(2)組成反攝遠(yuǎn)型結(jié)構(gòu)來擴(kuò)大視場，球面反射鏡(3)與球面反射鏡(4)用來校正像差。實(shí)施例中，采用的光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)與光焦度為正的球面反射鏡(2) 的組合形成反攝遠(yuǎn)型結(jié)構(gòu)，并加入了球面反射鏡(3)與球面反射鏡(4)，主要有如下優(yōu)點(diǎn)I.系統(tǒng)的前端采用反攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)，可以加大視場，并加入了后續(xù)的球面反射鏡(3) 與球面反射鏡(4)，使系統(tǒng)在視場變大的同時保證了像質(zhì)，使成像質(zhì)量達(dá)到衍射極限。2.系統(tǒng)四個反射鏡全部采用球面結(jié)構(gòu)，加工簡單，且系統(tǒng)四個反射鏡的球心共軸， 相比于離軸系統(tǒng)降低了裝調(diào)難度。
3.結(jié)構(gòu)安排合理，將光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)位于光焦度為正的球面反射鏡
(2)與球面反射鏡(3)之間，并將球面反射鏡(4)置于光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)之前， 減少了系統(tǒng)長度。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的一種大視場共軸球面四反射光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)、光焦度為正的球面反射鏡(2)、球面反射鏡(3)、球面反射鏡(4)和探測器像面 (5);在光的傳播方向上，各光學(xué)元件按順序依次排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大視場共軸球面四反射光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)是凸的球面反射鏡，光焦度為正的球面反射鏡(2)是凹的球面反射鏡，光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)與光焦度為正的球面反射鏡(2)組成反攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)來擴(kuò)大視場，球面反射鏡(3)與球面反射鏡(4)用來校正像差；其中光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I) 位于光焦度為正的球面反射鏡(2)與球面反射鏡(3)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大視場共軸球面四反射光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于1)、本發(fā)明采用的四個反射鏡均為球面，采用光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)作為第一面反射鏡，對入射的光進(jìn)行發(fā)散，再利用光焦度為正的球面反射鏡(2)作為第二面反射鏡， 對光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)反射過來的光束進(jìn)行會聚；球面反射鏡(I)與球面反射鏡(2)的組合形成一個反攝遠(yuǎn)型物鏡的形式，擁有了較大視場(X方向18°，y方向8° )；2)、為了使系統(tǒng)的成像質(zhì)量更高，又加入了球面反射鏡(3)與球面反射鏡(4);球面反射鏡(3)與球面反射鏡(4)的加入使系統(tǒng)有了更多的變量來校正像差，系統(tǒng)最終的成像質(zhì)量較高，MTF值達(dá)到了衍射極限；3)、為了減小系統(tǒng)的加工裝調(diào)難度，本發(fā)明采用的四個反射鏡均為球面，且為球心共軸系統(tǒng)，使加工裝調(diào)成本降低；4)、合理安排結(jié)構(gòu)，減少系統(tǒng)長度，將光焦度為負(fù)的球面反射鏡(I)位于光焦度為正的球面反射鏡(2)與球面反射鏡(3)之間，并將球面反射鏡(4)置于光焦度為負(fù)的球面反射鏡⑴的前面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大視場共軸球面四反射光學(xué)系統(tǒng)，屬于光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包含共軸球面四反射成像系統(tǒng)和探測器像面。系統(tǒng)采用光焦度為負(fù)的球面反射鏡與光焦度為正的球面反射鏡組成反攝遠(yuǎn)型結(jié)構(gòu)來擴(kuò)大視場，并另外加入兩個球面反射鏡進(jìn)行像差校正。本發(fā)明系統(tǒng)成像質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)簡單、加工簡單，可達(dá)到較大視場(x方向18°，y方向8°)，可廣泛適用于紫外、可見光與紅外多波段成像領(lǐng)域。
文檔編號G02B17/06GK102590994SQ20121008012
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者常軍, 張利飛, 曹嬌, 李 榮, 歐陽姣, 沈本蘭, 魏阿滿 申請人:北京理工大學(xué)