[發(fā)明專利]一種緊湊型大視場小F#折反射光學系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010475040.7
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111580258A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設計）人: 沈陽;王虎;金阿敏;薛要克;解永杰;劉陽;林上民;劉杰;劉美瑩
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發(fā)明屬于光學成像領域，涉及一種緊湊型大視場小F#折反射光學系統(tǒng)。主要用于大視場高分辨率對地成像。解決現有遙感光學系統(tǒng)不能同時滿足成像視場大、工作波段較寬與結構緊湊要求的問題。沿光線傳播方向依次包括主鏡、次鏡、三鏡、四鏡和補償透鏡；主鏡、次鏡與三鏡的軸向中心均開設內孔，三鏡嵌入主鏡的內孔中；四鏡嵌入次鏡的內孔中；光線在傳播方向上依次經過主鏡、次鏡、三鏡、四鏡的反射后透過補償透鏡，到達焦平面成像；主鏡、次鏡、三鏡與四鏡均為最高次數為四次的偶次非球面鏡，采用四塊偶次非球面反射鏡對光路進行折轉，使得系統(tǒng)的總長大大縮減，同時主鏡與三鏡、次鏡與四鏡一體加工，減小系統(tǒng)的總鏡片數量，降低系統(tǒng)裝調難度。

技術領域

本發(fā)明屬于光學成像領域，具體涉及一種緊湊型大視場小F#折反射光學系統(tǒng)。主要用于大視場高分辨率對地成像，也可用于城市安全監(jiān)控、國土普查、防災減災等領域。

背景技術

隨著光學技術發(fā)展，光學遙感領域的重要性不斷增加，同時對用于遙感的光學系統(tǒng)提出了更高性能的要求。為適應新的性能要求，遙感光學系統(tǒng)逐步向長焦距、大口徑、寬譜段、大視場、結構緊湊等方向發(fā)展，而全反射系統(tǒng)在實現上述指標上具有獨特的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的RC系統(tǒng)具有長焦距、大口徑、結構緊湊、易裝調等優(yōu)勢，由于采用了透射補償鏡，系統(tǒng)的工作波段較窄，且系統(tǒng)成像視場很難做大；離軸三反射光學系統(tǒng)雖能夠實現長焦距、大口徑、寬譜段、大視場等功能，但是單系統(tǒng)本身的裝調較為復雜，總體尺寸也比較大。同時為了擴大視場和校正像差，在離軸三反射的基礎上也發(fā)展出了離軸四反射結構，進一步加劇了系統(tǒng)總體尺寸與裝調的復雜度。

北京空間機電研究所葛婧菁等人申請的專利號為CN 109459844 A的專利《一種緊湊型大視場互嵌式折反射光學系統(tǒng)》，系統(tǒng)采用了復雜化的格里高利系統(tǒng)，次鏡與三鏡之間存在一個中間像面，以同軸四反射的形式實現了一種更優(yōu)化的系統(tǒng)設置，整體結構緊湊、總長度小于有效焦距的1/10，全視場可達3°，成像質量接近衍射極限。說明書中給出了光學系統(tǒng)的入瞳直徑為1250mm，焦距為7700mm，假定系統(tǒng)的遮攔比為1/3，系統(tǒng)等效F#＝6.7。系統(tǒng)可以理解為格里高利系統(tǒng)，區(qū)別在于補償鏡為反射鏡，由于格里高利系統(tǒng)本身的成像視場較小，采用反射鏡作為補償鏡之后，整體成像視場仍然不大。RC系統(tǒng)類似于格里高利系統(tǒng)，區(qū)別在于沒有一次像面，成像視場更大。

因此，本發(fā)明根據RC系統(tǒng)提出一種基于RC系統(tǒng)的同軸四反射光學系統(tǒng)，系統(tǒng)具有成像視場大，系統(tǒng)F#小，系統(tǒng)結構緊湊、工作譜段寬、成像質量高等特點。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種緊湊型大視場小F#折反射光學系統(tǒng)，以解決現有遙感光學系統(tǒng)不能同時滿足成像視場大、工作波段較寬與結構緊湊要求的問題。

本發(fā)明光學系統(tǒng)具有成像視場大，系統(tǒng)F#小等特點，同時還具有結構緊湊、工作譜段寬、成像質量高、裝調簡單等特點。

本發(fā)明的技術解決方案是提供一種緊湊型大視場小F#折反射光學系統(tǒng)，其特殊之處在于：沿光線傳播方向依次包括主鏡、次鏡、三鏡、四鏡和補償透鏡；還包括設置在次鏡上的光闌；

所述主鏡、次鏡與三鏡的軸向中心均開設內孔，所述三鏡嵌入主鏡的內孔中，三鏡的外周面緊貼主鏡內孔孔壁；所述四鏡嵌入次鏡的內孔中，四鏡的外周面緊貼次鏡內孔孔壁；所述補償透鏡位于三鏡內孔中，與三鏡內孔孔壁之間具有間隙；光線在傳播方向上依次經過主鏡、次鏡、三鏡、四鏡的反射后透過補償透鏡，到達焦平面成像；

所述主鏡、次鏡、三鏡與四鏡均為最高次數為四次的偶次非球面鏡，所述補償透鏡的表面為球面；

所述主鏡與次鏡、次鏡與三鏡、三鏡與四鏡之間的中心間距均相等。

進一步地，所述主鏡的曲率半徑為-76.80mm，所述主鏡與次鏡的中心間距為38.70mm，所述主鏡的conic系數為-1.00，所述主鏡的二次項系數為3.8340e^-3，所述次鏡的四次項系數為1.9887e^-8。