lt;f2’<-5f,，1.4 < η2< 1.7，0.15f2, < R3< 0.25f 2r，0.2f2, < R4< 0.5f2'；
[0068]第一视场校正镜6的光学特性为:
[0069]-0.5f < f3，<-0.25f,，1.4 < n3< 1.8，_0.3f3, < R6<-f3,，-0.2f3' < R7
<_fV ；
[0070]第二视场校正镜7的光学特性为:
[0071]0.1fr <f4’<0.5f'，1.4 < n4< 1.8，0.5f4' < R8< 1.5f 4r，1.1f4' < R9<2.5fV ；
[0072]主反射镜8的光学特性为:
[0073]1.2?' < R5< 2f，表面面型 RMS 误差为 1/20 ?1/50 λ ;
[0074]其中，f’为该光学系统的总焦距分别为第一孔径校正镜3、第二孔径校正镜5、第一视场校正镜6以及第二视场校正镜7的材料折射率；Rp民分别为第一孔径校正镜3两个面的曲率半径；R3、R4分别为第二孔径校正镜5两个面的曲率半径；R5为主反射镜8的表面曲率半径；R6、R7分别为第一视场校正镜6两个面的曲率半径；R8、R9分别为第二视场校正镜7两个面的曲率半径。
[0075]本实用新型中，第一孔径校正镜3、第二孔径校正镜5以及主反射镜8的有效口径均大于120mm ;通孔位于第一孔径校正镜3中心Φ彡19mm的区域；次反射镜4贴覆于第一孔径校正镜3侧面中心19mm < Φ < 60mm的区域。另外，为减轻光学系统的重量，可在第一孔径校正镜3另一侧面中心Φ60_的区域打减重沉孔。
[0076]作为优选，本实用新型中的次反射镜4是在第一孔径校正镜3侧面镀制反射率多97%的反射膜系形成的次反射镜；第一孔径校正镜3在两侧面中心Φ多60mm的区域均镀制有透过率多99%的高增透膜系。
[0077]本实用新型中，镜筒I靠近第一孔径校正镜3的一端套装有圆筒形的外遮光罩11 ;外遮光罩11的内壁设置有多个挡光环12 ;为减轻光学系统的总重量，保证轻小型化，外遮光罩11的材质可选用铝合金或碳纤维材料。
[0078]本实用新型提供的光学系统的总焦距约为300mm，视场角大于2。，光学口径与光学总长都为170mm。参见图3、图4和图5可知，在450nm?800nm光谱范围内，该光学系统在全视场内集中80%能量的弥散斑直径小于8 μπι，倍率色差优于1.6 μπι，绝对畸变优于0.03mm，探测能力可优于+10等星，测量精度可达到亚角秒级。
[0079]本实用新型提供的光学系统的像质好，能量集中，弥散斑和色偏差以及色畸变都比较小，利于亚角秒级探测精度的实现，适用于超高精度星敏感器以及空间碎片等暗弱点状目标的探测方面。
【主权项】
1.一种暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于:包括镜筒以及设置在镜筒内部的光学系统和像面；光学系统包括轴心在同一直线上依次排列的第一孔径校正镜、次反射镜、第二孔径校正镜、第一视场校正镜、第二视场校正镜以及主反射镜；第一孔径校正镜和第二视场校正镜为双凸球面透镜，第二孔径校正镜和第一视场校正镜为负弯月球面透镜，主反射镜面型为凹的球面；所述次反射镜贴覆于第一孔径校正镜的侧面，次反射镜在第一孔径校正镜侧面的覆盖范围应满足成像要求；所述主反射镜的中心开设有圆孔，第一视场校正镜和第二视场校正镜设置于圆孔开口所限定的范围；所述像面位于主反射镜的侧面中心； 所述第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的光学材料相同；所述镜筒的热膨胀系数与第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的热膨胀系数相当。
2.根据权利要求1所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于:所述次反射镜面向第二孔径校正镜延伸设置有葵花盘式的次镜遮光罩；所述主反射镜面向第二孔径校正镜延伸设置有圆锥筒形的主镜遮光罩，第一视场校正镜以及第二视场校正镜设置于主镜遮光罩内部。
3.根据权利要求2所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于:所述第一孔径校正镜以及次反射镜的中心开设有直径小于次反射镜口径的通孔；所述次镜遮光罩包括与通孔的形状尺寸匹配的安装柄，次镜遮光罩通过通孔和安装柄连接于次反射镜和第一孔径校正镜。
4.根据权利要求3所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于:所述暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构还包括设置在次反射镜上的孔径光阑。
5.根据权利要求4所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于: 所述第一孔径校正镜的光学特性为:2.5f < f/ <5f, , 1.4 < 1.7, R^0.Sf1 r , 0.Sf1 r < R2< f / ； 所述第二孔径校正镜的光学特性为:-8f' <f2’<-5f'，1.4 < n2< 1.7，0.15f ' 2< R 3< 0.25f r 2，0.2f' 2< R4<0.5f 2； 所述第一视场校正镜的光学特性为:-0.5f < f3，<-0.25f'，1.4 < n3< 1.8，-0.3f' 3<R6<-f' 3，-0.2f' 3< R7<_f, 3； 所述第二视场校正镜的光学特性为:0.1f r < f4' < 0.5f r , 1.4 < n4< 1.8,0.5f r 4< R8< 1.5f r 4,1.1f r 4< R9<2.5fr 4； 所述主反射镜的光学特性为:1.2f' < R5< 2?'； 其中，f'为光学系统的总焦距分别为第一孔径校正镜、第二孔径校正镜、第一视场校正镜以及第二视场校正镜的材料折射率；&、民分别为第一孔径校正镜两个面的曲率半径；R3、R4分别为第二孔径校正镜两个面的曲率半径；R5为主反射镜的表面曲率半径；r6、r7分别为第一视场校正镜两个面的曲率半径；r8、r9分别为第二视场校正镜两个面的曲率半径。
6.根据权利要求5所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于:所述第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的光学材料均为熔融石英材料JGSl ;所述镜筒的材料为铟钢。
7.根据权利要求6所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于:所述第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的有效口径均大于120mm ;所述通孔位于第一孔径校正镜中心Φ ( 19mm的区域；所述次反射镜贴覆于第一孔径校正镜侧面中心1 Qmm < Φ < 60mm的区域。
8.根据权利要求7所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于:所述主镜遮光罩的尺寸为:从主反射镜表面顶点到主镜遮光罩末端长度为55mm?70mm ;所述次镜遮光罩的尺寸为:从次反射镜表面顶点到次镜遮光罩末端长度为9mm?14mm,次镜遮光罩的直径与孔径光阑的有效口径一致。
9.根据权利要求8所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于:所述次反射镜是在第一孔径校正镜侧面镀制反射率多97%的反射膜系形成的次反射镜；所述第一孔径校正镜在两侧面中心Φ ^ 60mm的区域均镀制有透过率多99%的高增透膜系。
10.根据权利要求1-9任一权利要求所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于:所述镜筒靠近第一孔径校正镜的一端套装有圆筒形的外遮光罩；所述外遮光罩的内壁设置有多个挡光环；所述外遮光罩的材质为铝合金或碳纤维。
【专利摘要】一种暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其包括镜筒以及设置在镜筒内部的光学系统和像面；光学系统包括轴心在同一直线上依次排列的第一孔径校正镜、次反射镜、第二孔径校正镜、第一视场校正镜、第二视场校正镜以及主反射镜；次反射镜贴覆于第一孔径校正镜的侧面，次反射镜在第一孔径校正镜侧面的覆盖范围应满足成像要求；主反射镜的中心开设有圆孔，第一视场校正镜和第二视场校正镜设置于圆孔开口所限定的范围；像面位于主反射镜的侧面中心。本实用新型的测量精度优于亚角秒级，光学口径与光学总长相当、结构紧凑，适用于超高精度星敏感器以及空间碎片等暗弱点状目标的探测方面。
【IPC分类】G02B1-00, G02B27-00, G02B17-08
【公开号】CN204479840
【申请号】CN201520078953
【发明人】王虎, 刘杰, 薛要克, 刘阳, 刘美莹, 陈苏, 王灵光, 林上民, 杨少东
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年2月4日