專利名稱：三球面反射鏡消像散系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種反射式光學(xué)成像系統(tǒng)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明公開了一種三球面反射鏡消像散系統(tǒng)，包括主鏡、次鏡和第三鏡三塊反射鏡，其特征在于A.所述的三塊反射鏡均為球面鏡，三塊球面反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個(gè)公共光軸；B.該系統(tǒng)還包括一個(gè)孔徑光闌，所述的孔徑光闌位于所述次鏡上或在次鏡附近的前后光路上；C.次鏡的光軸與公共光軸重合，所述的主鏡和第三鏡的通光孔徑分別位于公共光軸的兩側(cè)；D.所述消像散系統(tǒng)的工作視場(chǎng)是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束入射到主鏡，依次經(jīng)主鏡、次鏡和第三鏡反射后在像平面成像。
為了縮短系統(tǒng)軸向尺寸，減輕系統(tǒng)體積和重量，本發(fā)明的一種改進(jìn)如下三球面反射鏡消像散系統(tǒng)，包括主鏡、次鏡和第三鏡三塊反射鏡，其特征在于A.所述的三塊反射鏡均為球面鏡，三塊球面反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個(gè)公共光軸；
B.該系統(tǒng)還包括一個(gè)孔徑光闌和一塊用來(lái)折射次鏡出射光路的折疊平面反射鏡，所述的孔徑光闌位于所述次鏡上或在次鏡附近的前后光路上；C.次鏡的光軸與公共光軸重合，所述的主鏡和第三鏡的通光孔徑分別位于公共光軸的一側(cè)或兩側(cè)；D.所述消像散系統(tǒng)的工作視場(chǎng)是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束入射到主鏡，依次經(jīng)主鏡、次鏡、折疊平面反射鏡和第三鏡反射后在像平面成像。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)所有反射鏡具有公共光軸，利于裝調(diào)，使用了偏軸視場(chǎng)，消除了遮攔影響；2)所有光學(xué)零件的光學(xué)面形均為球面(平面為球面的特例)，由于采用了球面設(shè)計(jì)，因此離軸反射鏡的加工就轉(zhuǎn)化為同軸球面鏡加工，大幅度降低了加工難度和成本，適合批量生產(chǎn)，裝調(diào)難度也相應(yīng)降低。
3)可以借助于折疊平面反射鏡來(lái)縮短系統(tǒng)外型尺寸到焦距以內(nèi)。
本發(fā)明在Y方向進(jìn)行偏視場(chǎng)處理，存在偏軸視場(chǎng)a，因此在Y方向上工作視場(chǎng)較小，而在X方向上的視場(chǎng)較大，可以適合于電荷耦合器件(CCD)或者積分延時(shí)電荷耦合器件(TDI CCD)等類型的探測(cè)器，尤其適合線陣光電探測(cè)器件。其視場(chǎng)角可以達(dá)到(6°×0.8°)，例如對(duì)于線陣推掃型遙感器而言是實(shí)用的。
圖2為折疊型式的三球面反射鏡消像散系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)布局示意圖。
1—主鏡；2—次鏡； 3—折疊平面反射鏡； 4—第三鏡；5—像平面； 6—孔徑光闌； 7—公共光軸；8—入射光束；d1—主鏡1到次鏡2間距； d2—次鏡2到平面反射鏡3間距；d3—平面反射鏡3到第三鏡4間距； d4—第三鏡4到像面5距離；d5—次鏡2到第三鏡4距離。
實(shí)施例1為一個(gè)航空航天推掃成像光學(xué)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)型式如

圖1所示的焦距f’＝800mm；視場(chǎng)角為3°×0.5°；相對(duì)孔徑為1/12；外型尺寸(1300×400×150)mm3；光譜段(0.5-0.78)微米；系統(tǒng)工作視場(chǎng)X方向?yàn)?-1.5°至1.5°)；Y方向?yàn)?3.5°至4.0°)。
主鏡1的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為-2431.698mm(凹面)；主鏡次鏡間距d1為-700mm；Y離軸量為-109.437mm；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑為(55.29×41.18)mm2。
次鏡2的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為-743.898mm(凸面)；次鏡到第三鏡間距d5為1299.759mm；Y離軸量為0；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑直徑為14.1mm。
第三鏡4的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為-1068.554mm(凹面)；第三鏡到像面距離d4為-670mm；Y離軸量為200.392mm；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑(67.32×40.00)mm2。
系統(tǒng)的成像質(zhì)量為當(dāng)特征頻率為50線對(duì)/毫米時(shí)，全視場(chǎng)全譜段加權(quán)平均調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)大于0.45。
此系統(tǒng)采用同軸球面光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，孔徑光闌6位于次鏡2上，為了去除遮攔的影響，采用偏視場(chǎng)使用，即使用軸外視場(chǎng)作為工作視場(chǎng)，即偏視場(chǎng)。
此系統(tǒng)的三塊球面反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個(gè)公共光軸7，次鏡2的光軸與公共光軸7重合，主鏡1和第三鏡4的通光孔徑分別離開光軸并位于光軸7的兩側(cè)，所述消像散系統(tǒng)的工作視場(chǎng)是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束8入射到主鏡1，經(jīng)主鏡1反射到次鏡2，經(jīng)第三鏡4反射后在像平面5成像。
實(shí)施例2為一個(gè)微小衛(wèi)星用或者偵察飛機(jī)用推掃光學(xué)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)型式如圖2所示焦距f’＝500mm；視場(chǎng)角為6°×0.8°；相對(duì)孔徑為1/12；外型尺寸(482×440×260)mm3；光譜段(0.5-0.78)微米；偏視場(chǎng)X方向?yàn)?-3°至3°)；Y方向?yàn)?4.2°至5.0°)。
主鏡1的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為-1519.828mm(凹面)；主鏡1和次鏡2的間距d1為-437.5mm；Y離軸量為-84.692mm；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑為(77×30)mm2。
次鏡2的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為-464.944mm(凸面)；次鏡2和折疊反射鏡3的間距d2為437.5mm；Y離軸量為0mm；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑直徑為9mm。
折疊平面反射鏡3的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為無(wú)窮大；折疊平面反射鏡3和第三鏡4間距d3為-374.88mm；Y離軸量為85.127mm；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑為(70×22)m2；當(dāng)給出一定的傾斜量時(shí)，第三鏡和主鏡可以在光軸的同側(cè)。
第三鏡4的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為667.865mm(凹面)；第三鏡4和像面5的間距d4為418.94mm；Y離軸量為153.579mm；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑為(117×30)mm2。
系統(tǒng)的成像質(zhì)量為當(dāng)特征頻率為50線對(duì)/毫米時(shí)，全視場(chǎng)全譜段加權(quán)平均調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)大于0.44。
本系統(tǒng)的三塊球面反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個(gè)公共光軸7，次鏡2的光軸與公共光軸7重合，孔徑光闌6位于次鏡2上，主鏡1和第三鏡4的通光孔徑分別離開光軸并位于光軸7的兩側(cè)，所述消像散系統(tǒng)的工作視場(chǎng)是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束8入射到主鏡1，經(jīng)主鏡1反射到次鏡2，經(jīng)次鏡2反射到折疊反射鏡3，再經(jīng)第三鏡4反射后在像平面5成像，在成像面上可以安裝探測(cè)器來(lái)成像。
本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在焦距縮放時(shí)，其它結(jié)構(gòu)參數(shù)按照同樣縮放因子縮放時(shí)，像質(zhì)仍然保持良好。
權(quán)利要求
1.一種三球面反射鏡消像散系統(tǒng)，包括主鏡(1)、次鏡(2)和第三鏡(4)三塊反射鏡，其特征在于A.所述的三塊反射鏡均為球面鏡，三塊球面反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個(gè)公共光軸(7)B.該系統(tǒng)還包括一個(gè)孔徑光闌(6)，所述的孔徑光闌(6)位于所述次鏡(2)上或在次鏡(2)附近的前后光路上；C.次鏡(2)的光軸與公共光軸(7)重合，所述的主鏡(1)和第三鏡(4)的通光孔徑分別位于公共光軸(7)的兩側(cè)；D.所述消像散系統(tǒng)的工作視場(chǎng)是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束(8)入射到主鏡(1)，依次經(jīng)主鏡(1)、次鏡(2)和第三鏡(4)反射后在像平面(5)成像。
2.一種三球面反射鏡消像散系統(tǒng)，包括主鏡(1)、次鏡(2)和第三鏡(4)三塊反射鏡，其特征在于A.所述的三塊反射鏡均為球面鏡，三塊球面反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個(gè)公共光軸(7)；B.該系統(tǒng)還包括一個(gè)孔徑光闌(6)和一塊用來(lái)折疊次鏡(2)出射光路的折疊平面反射鏡(3)，所述的孔徑光闌(6)位于所述次鏡(2)上或在次鏡(2)附近的前后光路上；C.次鏡(2)的光軸與公共光軸(7)重合，所述的主鏡(1)和第三鏡(4)的通光孔徑分別位于公共光軸(7)的一側(cè)或兩側(cè)；D.所述消像散系統(tǒng)的工作視場(chǎng)是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束(8)入射到主鏡(1)，依次經(jīng)主鏡(1)、次鏡(2)、折疊平面反射鏡(3)和第三鏡(4)反射后在像平面(5)成像。
全文摘要
三球面反射鏡消像散系統(tǒng)，屬于光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有反射式光學(xué)成像系統(tǒng)中反射鏡加工和裝調(diào)難度大，系統(tǒng)研制成本高的問(wèn)題，本發(fā)明公開一種三球面反射式消像散系統(tǒng)，包括主鏡、次鏡和第三鏡三塊反射鏡，所述三塊反射鏡均為球面鏡，三塊球面反射鏡光學(xué)面所在曲面具有一個(gè)公共光軸；該系統(tǒng)還包括一個(gè)孔徑光闌，其位于次鏡上或在次鏡附近的前后光路上，次鏡的光軸與公共光軸重合，主鏡和第三鏡的通光孔徑分別位于公共光軸的兩側(cè)；所述消像散系統(tǒng)的工作視場(chǎng)是離軸的，平行光束入射到主鏡，依次經(jīng)主鏡、次鏡和第三鏡反射后在像平面成像。本發(fā)明所有反射鏡的光學(xué)面均為球面，且具有公共光軸，利于裝調(diào)，加工難度和成本低，適合批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G02B17/06GK1432837SQ0310477
公開日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者郝云彩, 尤政 申請(qǐng)人:清華大學(xué)