一種15°視場遠心三個反射鏡同軸的成像系統的製作方法

2023-05-16 10:46:46 1

專利名稱：一種15°視場遠心三個反射鏡同軸的成像系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於空間光學技術領域中涉及的一種用於多光譜成像儀和成像光譜儀前置光學成像系統的遠心離軸三反鏡成像系統。
背景技術：
成像光譜儀是將光學成像系統和光譜分光系統有機結合在一起的一種先進的光學遙感器，能夠同時獲取目標的空間特徵和光譜特徵，實現對目標特性的綜合探測與識別， 在科學、資源普查和經濟建設等領域都有非常廣泛的應用。成像光譜儀的前置光學成像系統和後置光譜分光系統都是遠心的。相對於透射式成像系統和反射式成像系統具有結構簡單、無色差、光譜範圍寬、能夠實現高解析度和高能量利用率等特點。同時，離軸三反系統具有無遮攔、寬視場、像質好、結構緊湊等特點，廣泛用於空間對地觀測成像，是成像光譜儀前置光學成像系統的首選。與本發明最為接近的已有技術，是中國科學院長春光學精密機械與物理研究所在先申請的發明專利，申請號為201010599531. 9，發明名稱為「三個反射鏡同軸視場角10° 的遠心離軸三反鏡成像系統」，如圖1所示，包括主鏡1、次鏡2、三鏡3和孔徑光闌4，主鏡1、 次鏡2、三鏡3和孔徑光闌4四者同軸，其主鏡1為凹雙曲面鏡，次鏡2為凸球面鏡，三鏡3 為凹扁球面鏡，次鏡2放置在主鏡1的反射光路上，三鏡3放置在次鏡2的反射光路上，孔徑光闌4放置在次鏡2上，孔徑光闌4到三鏡3的距離是三鏡3頂點曲率半徑長度的一半， 5為成像系統的像面。該成像系統雖然能夠達到10°的視場角，但還是不能夠滿足某些特殊應用對視場寬度的要求，視場寬度關係到成像系統對地成像觀測畫幅的寬度，決定了成像光譜儀獲取的資源信息量的大小。

發明內容
為了克服已有技術存在的缺陷，本發明的目的在於在保證系統遠心、平像場、衍射極限調製傳遞函數和三個反射鏡同軸的前提下，儘可能地擴大離軸三反鏡成像系統的視場角，以獲取更多的信息資源，特設計一種視場角為15°三個反射鏡同軸的遠心離軸三反鏡成像系統。本發明要解決的技術問題是提供一種15°視場遠心三個反射鏡同軸的成像系統。解決技術問題的技術方案如圖2所示包括主鏡6、次鏡7、三鏡8、孔徑光闌9、像面10; 主鏡6、次鏡7、三鏡8和孔徑光闌9四者同軸，主鏡6和三鏡8兩者共面；次鏡7放置在主鏡6的反射光路上，三鏡8放置在次鏡7的反射光路上，孔徑光闌9放置在次鏡7前鏡面邊緣處；設離軸三反鏡成像系統的相關結構參數f 『為遠心離軸三反鏡成像系統的像方焦距，R1^ R2和R3分別為主鏡6反射面、次鏡7反射面和三鏡8反射面的頂點曲率半徑，Cl1, d2 和d3分別為主鏡6到次鏡7、次鏡7到三鏡8和三鏡8到像面10的距離；為了實現像方遠心，孔徑光闌9到三鏡8的距離是三鏡8頂點曲率半徑長度的一半，即d2 = I R31 /2 ；為了實現15°的寬視場，次鏡7採用凸球面鏡，主鏡6和三鏡8都採用凹四次曲面鏡，次鏡7到三鏡8的距離d2大於系統像方焦距長度的一半，即d2> |f' |/2。工作原理說明主鏡6將15°視場角內的輻射接收並且反射到次鏡7上，15°寬視場輻射依次經次鏡7和三鏡8的反射，在像面10上形成地面景物15°寬視場的遠心影像。由於次鏡7採用凸球面鏡，主鏡6和三鏡8都採用凹四次曲面鏡，且主鏡6、次鏡7和三鏡8同軸，主鏡6和三鏡8共面，這種近似對稱的結構排列容易校正系統象差，使得成像系統成像質量在至少15°視場接近衍射極限。本發明的積極效果本發明提供的三個反射鏡同軸的遠心離軸三反鏡成像系統視場角可以達到15°以上，使多光譜成像儀、成像光譜儀對地觀測的畫幅寬度提高到原來的 1. 5倍，從資源信息量的獲取方面有效地提高了多光譜成像儀、成像光譜儀的對地觀測能力；成像系統為同軸結構，系統加工和裝調難度小；主鏡6和三鏡8的位置重合，若將主鏡6 反射面和三鏡8反射面設計加工在同一塊基底材料上，則可以進一步降低系統加工的複雜性，使系統裝調更加容易。


圖1是已有技術的結構示意圖；圖2是本發明的遠心離軸三反鏡成像系統結構示意圖。
具體實施例方式本發明按圖2所示的結構實施。其中，選取像方焦距f' =-720mm，相對孔徑D/F =1/4，視場離軸角為8°，主鏡6反射面的頂點曲率半徑隊= -1846. 21236mm，次鏡7反射面的頂點曲率半徑& = -566. 92974mm,三鏡8反射面的頂點曲率半徑R3 = -809mm,主鏡6 到次鏡7的距離Cl1 = -404. 5mm,次鏡7到三鏡8的距離d2 = 404. 5mm,三鏡8到像面10的距離 d3 = -666. 26761mm，主鏡 6 反射面的非球面係數 e/ = 4. 44886,θι4 = 2. 56243e_011， 次鏡7反射面的非球面係數e22 = 0，三鏡8反射面的非球面係數e32 = -0. 23399、e34 =-1.41839e-011，這樣可以得到較理想的15°視場遠心三個反射鏡同軸的成像系統。
權利要求
1. 一種15°視場遠心三個反射鏡同軸的成像系統，包括主鏡(6)、次鏡(7)、三鏡(8)、 孔徑光闌(9)、像面(10)；其特徵在於主鏡(6)、次鏡(7)、三鏡(8)和孔徑光闌(9)四者同軸，主鏡(6)和三鏡(8)兩者共面，次鏡(7)放置在主鏡(6)的反射光路上，三鏡(8)放置在次鏡(7)的反射光路上，孔徑光闌(9)放置在次鏡(7)前鏡面邊緣處；該離軸三反鏡成像系統的相關結構參數為f'為遠心離軸三反鏡成像系統的像方焦距，R1^ R2和R3分別為主鏡(6)反射面、次鏡(7)反射面和三鏡(8)反射面的頂點曲率半徑，Clpd2和d3分別為主鏡 (6)到次鏡(7)、次鏡(7)到三鏡(8)和三鏡(8)到像面(10)的距離；孔徑光闌(9)到三鏡 (8)的距離是三鏡(8)頂點曲率半徑長度的一半，即d2 = |R3|/2，次鏡(7)採用凸球面鏡， 主鏡(6)和三鏡(8)都採用凹四次曲面鏡，次鏡(7)到三鏡(8)的距離(12大於系統像方焦距長度的一半，即d2> |f' |/2。
全文摘要
一種15°視場遠心三個反射鏡同軸的成像系統，屬於空間光學技術領域中涉及的一種遠心離軸三反鏡成像系統。要解決的技術問題是提供一種15°視場遠心三個反射鏡同軸的成像系統。技術方案包括主鏡、次鏡、三鏡、孔徑光闌和像面，主鏡、次鏡、三鏡和孔徑光闌四者同軸，主鏡和三鏡兩者共面；次鏡放置在主鏡的反射光路上，三鏡放置在次鏡的反射光路上，孔徑光闌放置在次鏡前鏡面邊緣處；為了實現像方遠心，孔徑光闌到三鏡的距離是三鏡頂點曲率半徑長度的一半；為了實現15°的寬視場，次鏡採用凸球面鏡，主鏡和三鏡都採用凹四次曲面鏡；次鏡到三鏡的距離大於系統像方焦距長度的一半。該系統可獲得豐富的地面資源信息，加工和裝調難度小。
文檔編號G01J3/02GK102279047SQ201110079020
公開日2011年12月14日 申請日期2011年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者劉曉梅, 向陽 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所