[發(fā)明專利]一種用于實(shí)現(xiàn)高分辨的大口徑拼接主鏡光學(xué)系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110853193.5
• 申請(qǐng)日: 2021-07-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113568151A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王臣臣;謝遠(yuǎn);張蕾;王文成;田曉;張陳俊;魏麗敏;李香草
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安航空學(xué)院
• 主分類號(hào): G02B17/02
• 分類號(hào): G02B17/02;G02B17/06;G02B27/00
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

本發(fā)明提供了一種用于實(shí)現(xiàn)高分辨的大口徑拼接主鏡光學(xué)系統(tǒng)，涉及光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，能夠用于空間和地面高分辨探測(cè)，實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光到紅外光波段成像，能夠根據(jù)成像結(jié)果分析子鏡位置誤差在系統(tǒng)所不能校正的多種像差的基礎(chǔ)上對(duì)成像質(zhì)量的影響；該光學(xué)系統(tǒng)沿光線傳播方向依次包括第一拼接反射主鏡、第二反射鏡、第三反射鏡和折軸鏡；所述第一拼接反射主鏡和所述第二反射鏡相對(duì)設(shè)置，兩者之間的距離大于所述第二反射鏡的焦距；所述第三反射鏡和所述折軸鏡分設(shè)在所述第一拼接反射主鏡的兩側(cè)，且所述折軸鏡設(shè)置在所述第二反射鏡的焦點(diǎn)與所述第一拼接反射主鏡之間；所述系統(tǒng)在所述折軸鏡的焦面上成像。本發(fā)明提供的技術(shù)方案適用于光學(xué)成像的過(guò)程中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于實(shí)現(xiàn)高分辨的大口徑拼接主鏡光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著人類對(duì)太空探索的不斷深入，對(duì)于具有更高分辨率、更高靈敏度的太空光學(xué)系統(tǒng)的需求越來(lái)越迫切，用來(lái)獲取被測(cè)目標(biāo)更多的細(xì)節(jié)信息。根據(jù)瑞利判據(jù)，口徑越大，分辨率越高。天基系統(tǒng)中，有已投入應(yīng)用的2.4m口徑哈勃望遠(yuǎn)鏡以及在研的6.5m口徑的詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡，地基系統(tǒng)中有正在研制的MMT，口徑大小為30m等。

對(duì)于大口徑光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)形式，主要有單口徑光學(xué)系統(tǒng)和拼接主鏡光學(xué)系統(tǒng)等可以選擇。單口徑光學(xué)系統(tǒng)的主鏡為一塊大尺寸反射鏡，1990年發(fā)射的2.4m口徑的哈勃望遠(yuǎn)鏡由于不受大氣湍流的擾動(dòng)，沒(méi)有大氣散射造成的散射光等優(yōu)點(diǎn)，成功彌補(bǔ)了地面觀測(cè)的不足；迄今最大的天基遠(yuǎn)紅外望遠(yuǎn)鏡是2009年發(fā)射的赫歇爾望遠(yuǎn)鏡，其寬為4m，高為7.5m。然而，受到諸如鏡面材料、加工工藝、航天器運(yùn)載能力、發(fā)射體積等因素的限制，以單口徑為主體的傳統(tǒng)空間望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)難以支撐空間望遠(yuǎn)鏡口徑持續(xù)增大的需求。

拼接主鏡系統(tǒng)與稀疏口徑光學(xué)系統(tǒng)有著相同的設(shè)計(jì)理念，使用多個(gè)小尺寸子鏡拼接得到大口徑主鏡，拼接完成后主鏡的填充因子比稀疏口徑光學(xué)系統(tǒng)更大，可以達(dá)到等效尺寸大小的單塊主鏡的分辨率及成像質(zhì)量。經(jīng)典的凱克I與II由美國(guó)在1991年和1996年分別研制成功，使用36塊對(duì)角線長(zhǎng)1.8m，10cm厚的六角形鏡面拼接組成，使其主鏡口徑達(dá)到了10m。目前美國(guó)正在進(jìn)行地面測(cè)試的詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡(JWST)是為數(shù)不多的在研天基拼接主鏡光學(xué)系統(tǒng)，主鏡采用18塊對(duì)角距離為1.5m的正六邊形子鏡拼接組合而成，主鏡口徑達(dá)到6.5m。主鏡采用輕量化技術(shù)，折疊發(fā)射，在軌展開(kāi)，重量小于400kg。以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)都是在單一口徑系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上優(yōu)化完成，而拼接主鏡則是單一口徑設(shè)計(jì)后進(jìn)行分塊處理。子鏡的位置誤差會(huì)對(duì)成像質(zhì)量產(chǎn)生影響，以上系統(tǒng)則是通過(guò)理論分析單一對(duì)位置誤差進(jìn)行分析，沒(méi)有考慮到系統(tǒng)真實(shí)存在像差的大小。

因此，有必要研究一種用于實(shí)現(xiàn)高分辨的大口徑拼接主鏡光學(xué)系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，以解決或減輕上述一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于實(shí)現(xiàn)高分辨的大口徑拼接主鏡光學(xué)系統(tǒng)，能夠用于空間和地面高分辨探測(cè)，實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光到紅外光波段成像，能夠根據(jù)成像結(jié)果分析子鏡位置誤差在系統(tǒng)所不能校正的多種像差的基礎(chǔ)上對(duì)成像質(zhì)量的影響。

本發(fā)明提供一種用于實(shí)現(xiàn)高分辨的大口徑拼接主鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)沿光線傳播方向依次包括第一拼接反射主鏡、第二反射鏡、第三反射鏡和折軸鏡；

所述第一拼接反射主鏡和所述第二反射鏡相對(duì)設(shè)置，兩者之間的距離大于所述第二反射鏡的焦距；

所述第三反射鏡和所述折軸鏡分設(shè)在所述第一拼接反射主鏡的兩側(cè)，且所述折軸鏡設(shè)置在所述第二反射鏡的焦點(diǎn)與所述第一拼接反射主鏡之間；

所述系統(tǒng)在所述折軸鏡的焦面上成像。

如上所述的方面和任一可能的實(shí)現(xiàn)方式，進(jìn)一步提供一種實(shí)現(xiàn)方式，所述第一拼接反射主鏡由若干子鏡拼接而成；每個(gè)子鏡相互獨(dú)立，所有子鏡對(duì)稱分布，對(duì)系統(tǒng)成像產(chǎn)生的影響能夠疊加。

如上所述的方面和任一可能的實(shí)現(xiàn)方式，進(jìn)一步提供一種實(shí)現(xiàn)方式，所述子鏡的個(gè)數(shù)為4個(gè)。