一種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)，屬于光學(xué)設(shè)計領(lǐng)域，為了解決長焦距空間相機的體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，該光學(xué)系統(tǒng)由第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡和焦平面組成；該光學(xué)系統(tǒng)為同軸系統(tǒng)，整個系統(tǒng)相對于光軸旋轉(zhuǎn)對稱；物方無窮遠光線入射到第一反射鏡上，經(jīng)第一反射鏡反射至第二反射鏡，再經(jīng)第二反射鏡反射后匯聚于第一像面再入射到第三反射鏡上，經(jīng)第三反射鏡反射到第二反射鏡上，經(jīng)第二反射鏡再反射后，最終光線匯聚于焦平面；所述第一反射鏡的反射面為具有二次、四次、六次、八次非球面系數(shù)的凹的高次非球面；第二反射鏡的反射面為凸的雙曲面，第三反射鏡的反射面為具有二次、四次、六次的凹的橢球面；能廣泛應(yīng)用于空間遙感領(lǐng)域。
【專利說明】
一種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)設(shè)計領(lǐng)域，涉及一種有效壓縮同軸長焦距遙感光學(xué)系統(tǒng)筒長的設(shè) 計，是一種長焦距全反射光學(xué)系統(tǒng)，能廣泛應(yīng)用于空間遙感領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著空間觀察和對地觀測需求的不斷提高，空間遙感光學(xué)系統(tǒng)越來越向著焦距不 斷變長方向發(fā)展，現(xiàn)今主流商用衛(wèi)星載荷的焦距已經(jīng)發(fā)展到8~10米或者更高的級別，例如 Komp SAT主載荷焦距8.6m、IK0N0S的主載荷焦距10m、world view 2的主載荷焦距達到13m。 焦距越來越長引起的問題是光學(xué)系統(tǒng)的體積越來越大，但受到發(fā)射體積和質(zhì)量的限制，要 求載荷本身的體積要小型化。
[0003] 空間遙感光學(xué)系統(tǒng)多采用折反混合系統(tǒng)或者全反射系統(tǒng)，但因為折反混合系統(tǒng)無 法徹底消除長焦距引入的色差，所以大多采用全反射系統(tǒng)。全反射系統(tǒng)分為同軸系統(tǒng)和離 軸系統(tǒng)兩類，離軸系統(tǒng)為實現(xiàn)無遮攔，通常系統(tǒng)體積相比同軸系統(tǒng)要龐大，同軸系統(tǒng)可以通 過光路折疊等手段將體積進行壓縮，以實現(xiàn)功能密度最大化。
[0004] 中國專利公開號為CN102313974A，專利名稱是"超短距全反射光學(xué)系統(tǒng)"，該發(fā)明 中論述了一種以光學(xué)筒長1.5米實現(xiàn)15米焦距的光學(xué)設(shè)計，主次鏡均為球面的高分辨率、小 體積寬譜段的超短距兩鏡四反射式光學(xué)系統(tǒng)，反射光束分別兩次經(jīng)過主次鏡的反射，在保 證成像質(zhì)量的前提下，縮小了系統(tǒng)筒長，但是，該系統(tǒng)采用了離軸形式，增加了系統(tǒng)的縱向 尺寸。另外，該系統(tǒng)筒長焦距比為〇. 1。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決長焦距空間相機的體積大的問題，提供一種長焦距超短筒長同軸 全反射光學(xué)系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：
[0007] -種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，該光學(xué)系統(tǒng)由第一反射鏡、 第二反射鏡、第三反射鏡和焦平面組成；
[0008] 該光學(xué)系統(tǒng)為同軸系統(tǒng)，整個系統(tǒng)相對于光軸旋轉(zhuǎn)對稱;物方無窮遠光線入射到 第一反射鏡上，經(jīng)第一反射鏡反射至第二反射鏡，再經(jīng)第二反射鏡反射后匯聚于第一像面 再入射到第三反射鏡上，經(jīng)第三反射鏡反射到第二反射鏡上，經(jīng)第二反射鏡再反射后，最終 光線匯聚于焦平面。
[0009] 所述第一反射鏡的反射面為具有二次、四次、六次、八次非球面系數(shù)的凹的高次非 球面。
[0010]第二反射鏡的反射面為凸的雙曲面，
[0011] 第三反射鏡的反射面為具有二次、四次、六次的凹的橢球面。
[0012] 該光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌設(shè)置在第一反射鏡上，第一反射鏡也是系統(tǒng)的入瞳。
[0013] 該光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)為:像方焦距1000mm，入瞳口徑1400mm，像方F數(shù)為7.177， 光譜范圍500nm~800nm，全視場角1 · 1° 〇
[0014] 本發(fā)明的積極效果：
[0015] 本發(fā)明的相對于相同指標的全反射光學(xué)系統(tǒng)，縮短了光學(xué)筒長，減小了體積，筒長 焦距比為0.065。第一反射鏡和第三反射鏡共基準集成設(shè)計，可采用一體化加工方式，降低 了多個反射鏡背部支撐結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，同時降低了裝調(diào)過程的復(fù)雜程度，大大降低了加 工和裝調(diào)的難度;第二反射鏡有兩次光線反射，在不增加反射鏡個數(shù)的前提下，起到了光路 折疊的作用。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明一種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中：1、第一反射鏡;2、第二反射鏡;3、第三反射鏡;4、焦平面;5、第一像面。
[0018]圖2為本發(fā)明一種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(MTF)曲線。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明中的光學(xué)系統(tǒng)由第一反射鏡1、第二反射鏡2、第三反射鏡3和焦 平面4組成。該光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌設(shè)置在第一反射鏡1上，第一反射鏡1也是系統(tǒng)的入瞳。 第一反射鏡1為外直徑1420mm，內(nèi)直徑560mm的環(huán)形反射鏡;第三反射鏡3為外直徑560mm，內(nèi) 直徑230mm的環(huán)形反射鏡;第一反射鏡1與第三反射鏡3米用一體化鏡還加工;第二反射鏡2 為直徑310 mm的圓形反射鏡。系統(tǒng)中的三個反射鏡的反射面均為非球面，其中第一反射鏡1 的反射面為具有二次、四次、六次和八次非球面系數(shù)的凹的高次非球面，第二反射鏡2的反 射面為凸的雙曲面，第三反射鏡3的反射面為具有二次、四次、六次的凹的橢球面。
[0021] 該光學(xué)系統(tǒng)為同軸系統(tǒng)，整個系統(tǒng)相對于光軸旋轉(zhuǎn)對稱。物方無窮遠光線沿光軸 方向從左至右入射，首先入射到第一反射鏡1，經(jīng)第一反射鏡1反射至第二反射鏡2,再經(jīng)第 二反射鏡2反射，匯聚于第一像面5，而后光線繼續(xù)向右傳播，入射到第三反射鏡3上，經(jīng)第三 反射鏡3反射，再反射到第二反射鏡2上，經(jīng)第二反射鏡2再反射后，最終光線匯聚于焦平面 4〇
[0022] 光學(xué)系統(tǒng)的主要參數(shù)如下：像方焦距1000mm，入瞳口徑1420mm，像方F#7.14,光譜 范圍500nm~800nm，全視場角1 · 1°。
[0023]如圖2所示，從圖中曲線可以看到，各視場的傳遞函數(shù)曲線均貼近衍射線(TS DIFF UMIT)，說明各視場的像差校正良好，成像質(zhì)量良好。
[0024] 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計具體設(shè)計參數(shù)如表1所示。
[0025] 表 1
【主權(quán)項】
1. 一種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，該光學(xué)系統(tǒng)由第一反射鏡 (1)、第二反射鏡(2)、第三反射鏡(3)和焦平面(4)組成； 該光學(xué)系統(tǒng)為同軸系統(tǒng)，整個系統(tǒng)相對于光軸旋轉(zhuǎn)對稱;物方無窮遠光線入射到第一 反射鏡（1)上，經(jīng)第一反射鏡（1)反射至第二反射鏡(2)，再經(jīng)第二反射鏡(2)反射后匯聚于 第一像面(5)再入射到第三反射鏡（3)上，經(jīng)第三反射鏡(3)反射到第二反射鏡（2)上，經(jīng)第 二反射鏡(2)再反射后，最終光線匯聚于焦平面(4)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，所述第 一反射鏡(1)的反射面為具有二次、四次、六次、八次非球面系數(shù)的凹的高次非球面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，第二反 射鏡(2)的反射面為凸的雙曲面。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，第三反 射鏡(3)的反射面為具有二次、四次、六次的凹的橢球面。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，該光學(xué) 系統(tǒng)的孔徑光闌設(shè)置在第一反射鏡(1)上，第一反射鏡(1)也是系統(tǒng)的入瞳。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長焦距超短筒長同軸全反射光學(xué)系統(tǒng)，其特征是，該光學(xué) 系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)為:像方焦距1000mm，入瞳口徑1400mm，像方F數(shù)為7.177，光譜范圍500nm~ 800nm，全視場角1 · 1°。
【文檔編號】G02B17/06GK106094186SQ201610674502
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月16日 公開號201610674502.1, CN 106094186 A, CN 106094186A, CN 201610674502, CN-A-106094186, CN106094186 A, CN106094186A, CN201610674502, CN201610674502.1
【發(fā)明人】張元 , 金光, 徐偉, 劉春雨, 王天聰, 解鵬
【申請人】中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所