一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统的制作方法
【专利摘要】一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，属于光学设计领域，为了解决长焦距空间相机的体积大，结构复杂的问题，该光学系统由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和焦平面组成；该光学系统为同轴系统，整个系统相对于光轴旋转对称；物方无穷远光线入射到第一反射镜上，经第一反射镜反射至第二反射镜，再经第二反射镜反射后汇聚于第一像面再入射到第三反射镜上，经第三反射镜反射到第二反射镜上，经第二反射镜再反射后，最终光线汇聚于焦平面；所述第一反射镜的反射面为具有二次、四次、六次、八次非球面系数的凹的高次非球面；第二反射镜的反射面为凸的双曲面，第三反射镜的反射面为具有二次、四次、六次的凹的椭球面；能广泛应用于空间遥感领域。
【专利说明】
一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统
技术领域
[0001] 本发明属于光学设计领域，涉及一种有效压缩同轴长焦距遥感光学系统筒长的设 计，是一种长焦距全反射光学系统，能广泛应用于空间遥感领域。
【背景技术】
[0002] 随着空间观察和对地观测需求的不断提高，空间遥感光学系统越来越向着焦距不 断变长方向发展，现今主流商用卫星载荷的焦距已经发展到8~10米或者更高的级别，例如 Komp SAT主载荷焦距8.6m、IK0N0S的主载荷焦距10m、world view 2的主载荷焦距达到13m。 焦距越来越长引起的问题是光学系统的体积越来越大，但受到发射体积和质量的限制，要 求载荷本身的体积要小型化。
[0003] 空间遥感光学系统多采用折反混合系统或者全反射系统，但因为折反混合系统无 法彻底消除长焦距引入的色差，所以大多采用全反射系统。全反射系统分为同轴系统和离 轴系统两类，离轴系统为实现无遮拦，通常系统体积相比同轴系统要庞大，同轴系统可以通 过光路折叠等手段将体积进行压缩，以实现功能密度最大化。
[0004] 中国专利公开号为CN102313974A，专利名称是"超短距全反射光学系统"，该发明 中论述了一种以光学筒长1.5米实现15米焦距的光学设计，主次镜均为球面的高分辨率、小 体积宽谱段的超短距两镜四反射式光学系统，反射光束分别两次经过主次镜的反射，在保 证成像质量的前提下，缩小了系统筒长，但是，该系统采用了离轴形式，增加了系统的纵向 尺寸。另外，该系统筒长焦距比为〇. 1。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决长焦距空间相机的体积大的问题，提供一种长焦距超短筒长同轴 全反射光学系统。
[0006] 本发明的技术方案具体如下：
[0007] -种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，其特征是，该光学系统由第一反射镜、 第二反射镜、第三反射镜和焦平面组成；
[0008] 该光学系统为同轴系统，整个系统相对于光轴旋转对称;物方无穷远光线入射到 第一反射镜上，经第一反射镜反射至第二反射镜，再经第二反射镜反射后汇聚于第一像面 再入射到第三反射镜上，经第三反射镜反射到第二反射镜上，经第二反射镜再反射后，最终 光线汇聚于焦平面。
[0009] 所述第一反射镜的反射面为具有二次、四次、六次、八次非球面系数的凹的高次非 球面。
[0010]第二反射镜的反射面为凸的双曲面，
[0011] 第三反射镜的反射面为具有二次、四次、六次的凹的椭球面。
[0012] 该光学系统的孔径光阑设置在第一反射镜上，第一反射镜也是系统的入瞳。
[0013] 该光学系统的光学参数为:像方焦距1000mm，入瞳口径1400mm，像方F数为7.177， 光谱范围500nm~800nm，全视场角1 · 1° 〇
[0014] 本发明的积极效果：
[0015] 本发明的相对于相同指标的全反射光学系统，缩短了光学筒长，减小了体积，筒长 焦距比为0.065。第一反射镜和第三反射镜共基准集成设计，可采用一体化加工方式，降低 了多个反射镜背部支撑结构的复杂程度，同时降低了装调过程的复杂程度，大大降低了加 工和装调的难度;第二反射镜有两次光线反射，在不增加反射镜个数的前提下，起到了光路 折叠的作用。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统结构示意图。
[0017]图中：1、第一反射镜;2、第二反射镜;3、第三反射镜;4、焦平面;5、第一像面。
[0018]图2为本发明一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统的传递函数(MTF)曲线。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0020] 如图1所示，本发明中的光学系统由第一反射镜1、第二反射镜2、第三反射镜3和焦 平面4组成。该光学系统的孔径光阑设置在第一反射镜1上，第一反射镜1也是系统的入瞳。 第一反射镜1为外直径1420mm，内直径560mm的环形反射镜;第三反射镜3为外直径560mm，内 直径230mm的环形反射镜;第一反射镜1与第三反射镜3米用一体化镜还加工;第二反射镜2 为直径310 mm的圆形反射镜。系统中的三个反射镜的反射面均为非球面，其中第一反射镜1 的反射面为具有二次、四次、六次和八次非球面系数的凹的高次非球面，第二反射镜2的反 射面为凸的双曲面，第三反射镜3的反射面为具有二次、四次、六次的凹的椭球面。
[0021] 该光学系统为同轴系统，整个系统相对于光轴旋转对称。物方无穷远光线沿光轴 方向从左至右入射，首先入射到第一反射镜1，经第一反射镜1反射至第二反射镜2,再经第 二反射镜2反射，汇聚于第一像面5，而后光线继续向右传播，入射到第三反射镜3上，经第三 反射镜3反射，再反射到第二反射镜2上，经第二反射镜2再反射后，最终光线汇聚于焦平面 4〇
[0022] 光学系统的主要参数如下：像方焦距1000mm，入瞳口径1420mm，像方F#7.14,光谱 范围500nm~800nm，全视场角1 · 1°。
[0023]如图2所示，从图中曲线可以看到，各视场的传递函数曲线均贴近衍射线(TS DIFF UMIT)，说明各视场的像差校正良好，成像质量良好。
[0024] 光学系统设计具体设计参数如表1所示。
[0025] 表 1
【主权项】
1. 一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，其特征是，该光学系统由第一反射镜 (1)、第二反射镜(2)、第三反射镜(3)和焦平面(4)组成； 该光学系统为同轴系统，整个系统相对于光轴旋转对称;物方无穷远光线入射到第一 反射镜（1)上，经第一反射镜（1)反射至第二反射镜(2)，再经第二反射镜(2)反射后汇聚于 第一像面(5)再入射到第三反射镜（3)上，经第三反射镜(3)反射到第二反射镜（2)上，经第 二反射镜(2)再反射后，最终光线汇聚于焦平面(4)。2. 根据权利要求1所述的一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，其特征是，所述第 一反射镜(1)的反射面为具有二次、四次、六次、八次非球面系数的凹的高次非球面。3. 根据权利要求1所述的一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，其特征是，第二反 射镜(2)的反射面为凸的双曲面。4. 根据权利要求1所述的一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，其特征是，第三反 射镜(3)的反射面为具有二次、四次、六次的凹的椭球面。5. 根据权利要求1所述的一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，其特征是，该光学 系统的孔径光阑设置在第一反射镜(1)上，第一反射镜(1)也是系统的入瞳。6. 根据权利要求1所述的一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统，其特征是，该光学 系统的光学参数为:像方焦距1000mm，入瞳口径1400mm，像方F数为7.177，光谱范围500nm~ 800nm，全视场角1 · 1°。
【文档编号】G02B17/06GK106094186SQ201610674502
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月16日 公开号201610674502.1, CN 106094186 A, CN 106094186A, CN 201610674502, CN-A-106094186, CN106094186 A, CN106094186A, CN201610674502, CN201610674502.1
【发明人】张元 , 金光, 徐伟, 刘春雨, 王天聪, 解鹏
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所