[發(fā)明專利]一種全反射光學成像系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310426053.5
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN103487923A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬小龍;楊建峰;薛彬;李福;阮萍;李婷;賀應(yīng)紅;呂娟
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B17/06
• 分類號: G02B17/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種全反射光學成像系統(tǒng)。具體地說，是一種共光軸、偏視場使用、光闌外置、線視場、像方遠心的全反射光學系統(tǒng)。

背景技術(shù)

相對于折射光學系統(tǒng)，全反射光學系統(tǒng)在長焦距、大口徑和寬波段光學系統(tǒng)中有著無可替代的優(yōu)勢。一般來說，在口徑大于300mm的光學系統(tǒng)中，由于材料以及光學系統(tǒng)體積和重量的限制，單純的折射系統(tǒng)就已經(jīng)不適用了。這些限制對于反射系統(tǒng)來說，則完全不存在。在長焦系統(tǒng)中，可以通過反射鏡來回折轉(zhuǎn)光路，從而大大縮小系統(tǒng)體積；在反射系統(tǒng)中，光線并不穿過整個光學元件，而只是在光學元件的一側(cè)反射，可以在保證面型穩(wěn)定的前提下，挖空背面來減重。這些特征決定了反射系統(tǒng)特別適合于航天遙感應(yīng)用。目前在軌的高分辨率對地觀測衛(wèi)星，如Sopt?V、Ikonos、Quickbird和Worldwile-I等，其光學系統(tǒng)均為全反射光學系統(tǒng)。寬譜段特性是全反射系統(tǒng)的另一個突出的優(yōu)點。一般反射面鍍的金屬反射膜從紫外一直到遠紅外都有比較高的反射率，而且沒有色差，非常適合寬譜段應(yīng)用的光學系統(tǒng)。

在全反射系統(tǒng)中，由于光線來回反射，導致鏡片之間的相互遮攔是很大的問題。由于鏡片之間互相的遮攔，使得全反射系統(tǒng)中鏡片數(shù)量相對于折射系統(tǒng)要少得多。鏡片數(shù)量少，使得校正光學系統(tǒng)像差的變量也就少，所以一般反射系統(tǒng)中鏡片面型都使用二次曲面或高次非球面以增加變量個數(shù)，從而校正更多的像差，提高成像系統(tǒng)性能。

球面、二次曲面和高次非球面可用以下公式描述：

z=ch21+1-(1+k)c2h2+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16+Hh18+Jh20]]>

這里z為曲面相對于頂點的矢高；

c為曲面頂點處曲率；

k為二次曲面系數(shù)；

k=0時，為球面；

-1<k<0時，為長軸和光軸重合的橢球面；

k=-1時，為拋物面；

同時，k=-e²，e為二次曲面離心率；

當k>0時，曲面由橢圓短軸和光軸重合，繞光軸生成的曲面，此時，k=e²/(1-e²),e為橢圓的離心率。

A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，J分別為4階，6階，8階，10階，12階，14階，16階，18階，20階非球面系數(shù)，當以上非球面系數(shù)全為零時，曲面為完全的二次曲面。

h=x²+y²；

習慣上，我們將二次曲面和高次非球面統(tǒng)稱為非球面。