基于Schupmann校正結(jié)構(gòu)的成像光學(xué)系統(tǒng)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，具體的說，涉及一種基于改進(jìn)的Schupmann結(jié)構(gòu)的復(fù) 合型光子篩成像光學(xué)系統(tǒng)及其在衛(wèi)星對地成像等領(lǐng)域的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前衛(wèi)星主要利用折/反射透鏡組對地面進(jìn)行成像。低軌光學(xué)衛(wèi)星雖然可以實(shí) 現(xiàn)米級空間分辨率的對地觀測，但難以實(shí)現(xiàn)要求的全天候、全天時(shí)、全球覆蓋的對地觀測能 力。并且若要進(jìn)一步提高分辨率，傳統(tǒng)的采用大口徑玻璃片成像載荷的重量、加工、裝調(diào)等 技術(shù)瓶頸以及昂貴的成本都是不可回避的問題。高軌高分衛(wèi)星對于提高對地觀測系統(tǒng)的時(shí) 間分辨率具有重要意義，但目前的技術(shù)水平尚無有效解決方案。光子篩作為成像元件可以 達(dá)到超越衍射極限的效果，目前在X或軟X射線成像上已有很多應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于改進(jìn)的Schupmann結(jié) 構(gòu)的復(fù)合型光子篩成像光學(xué)系統(tǒng)及其在衛(wèi)星對地成像等領(lǐng)域應(yīng)用，克服傳統(tǒng)玻璃透鏡用于 衛(wèi)星成像所帶來的大載荷、難加工、難裝調(diào)、高成本等問題，可以對連續(xù)波長入射光實(shí)現(xiàn)無 色差成像。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -種基于Schupmann校正結(jié)構(gòu)的成像光學(xué)系統(tǒng)，包括物鏡和目鏡，所述Schupmann 校正結(jié)構(gòu)包括衍射主鏡和菲涅爾校正板，所述衍射主鏡即為所述物鏡，其采用復(fù)合光子篩， 所述菲涅爾校正板采用復(fù)合菲涅爾校正板，所述光學(xué)系統(tǒng)沿入射光方向依次包括復(fù)合光子 篩以及主要由再成像透鏡組、復(fù)合菲涅爾校正板以及再聚焦透鏡形成的目鏡，所述再成像 透鏡組把復(fù)合光子篩上的入射光點(diǎn)成像到復(fù)合菲涅爾校正板上，所述再聚焦透鏡把光學(xué)系 統(tǒng)經(jīng)復(fù)合菲涅爾校正板后所成的虛像輸出到像面上。
[0006] 所述復(fù)合光子篩沿徑向分為三個(gè)環(huán)形區(qū)域，由內(nèi)到外分別用于藍(lán)光、綠光、紅光波 段成像。
[0007] 所述復(fù)合菲涅爾校正板沿徑向分為三個(gè)環(huán)形區(qū)域，由內(nèi)到外分別用于藍(lán)光、綠光、 紅光波段對地成像的色散校正。
[0008] 所述復(fù)合光子篩為薄膜型，所述再成像透鏡為單透鏡，所述復(fù)合菲涅爾校正板為 復(fù)合菲涅爾波帶片。
[0009] 所述再成像透鏡位于所述復(fù)合光子篩焦面處，所述復(fù)合菲涅爾波帶片位于所述復(fù) 合光子篩關(guān)于再成像透鏡的像面處。
[0010] 所述復(fù)合菲涅爾波帶片和復(fù)合光子篩的F數(shù)比值為再成像透鏡的放大倍數(shù)。
[0011] 所述復(fù)合光子篩與復(fù)合菲涅爾波帶片口徑的比值為再成像透鏡的放大倍數(shù)。
[0012] 所述物鏡和目鏡的光學(xué)元件參數(shù)隨所述再成像透鏡放大率的不同而不同。
[0013] -種基于Schupmann校正結(jié)構(gòu)的成像光學(xué)系統(tǒng)在高軌衛(wèi)星對地觀測中的應(yīng)用，所 述復(fù)合光子篩與目鏡分處在兩個(gè)衛(wèi)星上。
[0014] -種基于Schupmann校正結(jié)構(gòu)的成像光學(xué)系統(tǒng)在低軌衛(wèi)星對地觀測中的應(yīng)用，所 述復(fù)合光子篩與目鏡在一個(gè)衛(wèi)星上。
[0015] 本發(fā)明采用薄膜衍射透鏡獲得彩色成像的光學(xué)系統(tǒng)，基于改進(jìn)的Schupmann結(jié) 構(gòu)，采用復(fù)合型光子篩和校正板，有效的克服了光子篩用于成像的色差問題，同時(shí)也解決了 其光譜范圍窄的問題，使系統(tǒng)在像面上得到無色差的彩色圖像。采用薄膜衍射成像技術(shù)能 夠克服折反射透鏡的大口徑光學(xué)系統(tǒng)重量大、裝調(diào)復(fù)雜難題，適合天基超大孔徑望遠(yuǎn)成像 應(yīng)用。本發(fā)明融合復(fù)合型光子篩與Schupmann校正結(jié)構(gòu)于一體，與目前玻璃透鏡用于衛(wèi)星 成像相比，具有質(zhì)量輕、易折疊、分辨率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并可以對連續(xù)波長入射光實(shí)現(xiàn)無 色差成像。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明所提供的基于改進(jìn)的Schupmann結(jié)構(gòu)的復(fù)合型光子篩成像光學(xué)系統(tǒng) 示意圖；
[0017] 圖2是復(fù)合光子篩示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，以使發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易 于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0019] 本發(fā)明所提供的基于改進(jìn)的Schupmann校正結(jié)構(gòu)的復(fù)合型光子篩成像光學(xué)系統(tǒng)， 至少包含復(fù)合型光子篩、Schupmann校正結(jié)構(gòu)。本發(fā)明將復(fù)合型光子篩與Schupmann校正 結(jié)構(gòu)相結(jié)合，即把Schupmann校正結(jié)構(gòu)中的衍射主鏡和菲涅爾校正板分別改進(jìn)為復(fù)合型光 子篩和復(fù)合型菲涅爾校正板。衍射主鏡為復(fù)合型光子篩，復(fù)合型光子篩沿徑向分為三個(gè)環(huán) 形區(qū)域，由內(nèi)到外分別用于藍(lán)光、綠光、紅光波段成像，并分別用虛線、雙點(diǎn)劃線、點(diǎn)線來表 示。校正板為復(fù)合型菲涅爾校正板，復(fù)合型菲涅爾校正板沿徑向分為三個(gè)環(huán)形區(qū)域，由內(nèi)到 外分別用于藍(lán)光、綠光、紅光波段對地成像的色散校正。復(fù)合型光子篩和復(fù)合型菲涅爾校正 板相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行配合可以實(shí)現(xiàn)通道內(nèi)窄波段的無色差校正，每個(gè)通道內(nèi)的三束光線為窄波 段內(nèi)三個(gè)不同波長的光，波長越大線型越密。故此系統(tǒng)可以分別對紅、綠、藍(lán)三個(gè)窄波段進(jìn) 行無色差校正，也可以同時(shí)獲取紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道的成像信息，并且校正通道之間的像差， 在像面上得到無色差與像差的彩色圖像。
[0020] 實(shí)施例1 :
[0021] 實(shí)施例1提供一種用于高軌衛(wèi)星對地觀測的光學(xué)系統(tǒng)，可以有效的消除成像的 色差與像差。它的工作波段為任意波段，但整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)決定了只有460±20nm、 540±20nm、620±20nm波段的光能夠進(jìn)入目鏡，其它波段的光對成像無貢獻(xiàn)，視場大小為 8*8Km，分辨率為lm。
[0022] 本實(shí)施例提供的高軌衛(wèi)星對地觀測光學(xué)系統(tǒng)中，由于薄膜型復(fù)合光子篩的焦距較 大，所以必須使用雙星系統(tǒng)承載此光學(xué)系統(tǒng)，即要求薄膜型復(fù)合光子篩（物鏡）與其它光學(xué) 元件（目鏡）分處在兩個(gè)衛(wèi)星上。
[0023] 圖1是本實(shí)施例所提供的用于高軌衛(wèi)星對地觀測光學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng)光路。結(jié)合圖1 可以看出，該成像光路系統(tǒng)沿入射光方向分別由薄膜型復(fù)合光子篩1、再成像透鏡組2、復(fù) 合菲涅爾校正板3、再聚焦透鏡4組成，再成像透鏡為單透鏡結(jié)構(gòu)，再成像透鏡的作用是把 光子篩上的入射光點(diǎn)成像到菲涅爾校正板上；復(fù)合菲涅