专利名称：：多焦距多视场无遮挡全反射消像散光学系统的制作方法
技术领域：
：本发明属于光学系统领域，尤其涉及多焦距多视场无遮挡全反射消像散的光学系统。
背景技术：
：由于透射材料的口径有限，反射式光学系统在空间对地对外太空观测中发挥着重要作用。其中Korsch在US.4,101,195中公开的三反射消像散光学系统结构紧凑、像质良好，应用越来越广泛。空间观测仪器一般多于一台，并且通过一个主光学系统进行光能量收集。COOKLACY.G分别在EP.0，364,951(US.4,993,818)和US.4,964,706公开了多焦距、多视场的三反射消像散光学系统，系统结构简单、像质优，分别通过第三反射镜位置(与次镜间的间隔)和非球面高次项的差异实现多焦距和多视场光学系统，即可以直接在主光学系统收集能量的同时完成多焦距观测，特别适用于可见和红外不同波长对不同F#的需要，但是COOKLACY.G公开的光学系统采用次反射镜对主反射镜存在一次遮挡的光学结构，使系统传递函数大大降低。
发明内容本发明的目的在于提供一种多焦距多视场无遮挡全反射消像散镜光学系统，解决先前光学系统存在的一次遮挡的问题。本专利公开的一种多焦距、多视场无遮挡全反射消像散镜光学系统如附图1所示，其特征是包括两个镜组，第一镜组Gl包括主反射镜2和次反射镜3;第二镜组G2包括两个或多个第三反射镜4-1、4-2、4-3，第二镜组G2中的任意一个第三反射镜与第一镜组Gl形成一个三反消像散光学系统。由于第二镜组中多个第三反射镜的曲率和位置、曲率和非球面高次项或曲率、位置和非球面高次项三者均不同，实现多焦距、多视场的光学系统。在第一镜组G1与第二镜组G2的两个或多个第三反射镜之间分别放置相对系统光轴有一定倾角的平面反射镜(如附图2中BP1、BP2;附图3中CP1、CP2)使结构紧凑。第一镜组G1对入射光束一次成像，再经不同的平面反射镜和第三反射镜再次成像于不同位置，实现不同焦距和视场的光学系统。本专利公开的光学系统采用了高次非球面，其非球面系数应满足下列公式偶次面<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>奇次面<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，z是非球面在光轴方向上的矢高，O是非球面的曲率，k是锥形常数，y是非球面的径向距离，A、B、C、D和a、b、c、d分别是非球面的高次项非球面系数。本专利公开的多焦距、多视场无遮挡全反射消像散镜光学系统，由于系统采用各镜光轴共轴，从而使装调难度较低；另外，系统无孔径遮挡大大提高系统传递函数。本发明的特征如权利要求书中所述，其优点如下1.系统无孔径遮挡大大提高系统传递函数；2.主反射镜、次反射镜和两个或多个第三反射镜共轴有利于装调；3.采用了折叠平面镜，使系统结构紧凑，减小了系统外形尺寸；以不同第三反射镜现实两个或多个有限h成像，简化后光系统，有效减小系统外形尺寸和重量，提高光学效率。图1为多焦距、多视场无遮挡全反射消像散光学系统结构示意图，Gl、G2表示光学系统中的两个镜组；1为来自远方物体的平行光束；2为主反射镜，3为次反射镜均属于第一镜组；4-1、4-2、4-3分别为第二镜组中不同焦距视场光路中第三反射镜；5-1、5-2、5-3不同视场不同焦距的像面。图2为多焦距、多视场无遮挡全反射消像散光学系统结构图，Bl为来自远方物体的平行光束；B2为主反射镜；B3为次反射镜；BP1、BP2分别为两不同焦距光路中平面反射镜;B4-l、B4-2分别为两不同焦距光路中第三反射镜;B5-l、B5-2分别为两不同焦距的成像光路焦平面；BD1为主次反射镜间距离；BD2-1、BD2-2分别为两不同焦距光路中次反射与平面反射镜间的距离；BD3-1、BD3-2分别为两不同焦距光路中平面反射镜到第三反射镜间的距离；BD4-1、BD4-2分别为两不同焦距的成像光路中第三反射镜与像面间距离；BDel、BDe2、BDe3-l、BDe3-2分别为主反射镜、次发射镜和两不同焦距光路中第三反射镜孔径偏离光轴的距离。图3为多焦距、多视场无遮挡全反射消像散光学系统结构图，Cl为来自远方物体的平行光束；C2为主反射镜；C3为次反射镜；CP1、CP2分别为两不同焦距光路中平面反射镜;C4-l、C4-2分别为两不同焦距光路中第三反射镜；C5-l、C5-2分别为两不同焦距的成像光路焦平面；CD1为主次反射镜间距离；CD2-1、CD2-2分别为两不同焦距光路中次反射镜与平面反射镜间的距离；CD3-1、CD3-2分别为两不同焦距光路中平面反射镜与第三反射镜间的距离；CD4-1、CD4-2分别为两不同焦距的成像光路中第三反射镜与像面间距离；CDel、CDe2、CDe3-l、CDe3-2分别为主反射镜、次发射镜和两不同焦距光路中第三反射镜孔径偏离光轴的距离。具体实例方式实例1:根据图2所示光学结构，设计分别工作于可见、红外波段的推扫式相机。该两相机的主要技术指标为轨道高度450km光谱范围0.461，；2.74.3，角分辨率1.5m;6.75m视场7.85km探测器6000元CCD线阵8/zwX8戶；1200元CCD线阵30戸主光学系统的技术指标为口径200mm可见相机焦距2500mm;红外相机焦距2000mm波长0.461戸；2.74,3戶分辨率3.2//rad;15//rad线视场1°像质优化可见和红外相机的RMS分别优于4;/m和12//m，MTF均接近衍射极限。结构参数见表l。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实例2:根据图3所示光学结构，设计分别工作于可见、红外波段的扫描式相机。该相机的主要技术指标为轨道高度600km光谱范围0.461，；2.74.3戶角分辨率1.1m;4.5m单元探测器8戸X8/zm;30，X30，主光学系统的技术指标为口径300mm可见相机焦距4500mm;红外相机焦距4000mm波长0.461戸；2.74.3戸分辨率IX7.5戶d像质优化可见和红外相机的RMS分别优于5，和9戸，MTF均接近衍射极限。结构参数见表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求1.一种多焦距多视场无遮挡全反射消像散光学系统，它由离轴非球面反射镜和平面镜构成，其特征在于离轴主反射镜(2)和离轴次反射镜(3)组成的第一镜组(G1)与包括两个或多个离轴第三反射镜的第二镜组(G2)中的任意一个第三反射镜(4-1、4-2、4-3)形成一个离轴三反消像散光学系统。2.根据权利要求1所述的一种多焦距多视场无遮挡全反射消像散光学系统，其特征在于所说的第一镜组(Gl)中的主反射镜(2)与次反射镜(3)是共系统光轴的离轴高次非球面反射镜。3.根据权利要求1所述的一种多焦距多视场无遮挡全反射消像散光学系统，其特征在于所说的第二镜组(G2)中的各个第三反射镜(4-1、4-2、4-3)是离轴高次非球面反射镜。全文摘要本发明公开的是多焦距、多视场无遮挡全反射消像散光学系统，其特征是包括两个镜组，第一镜组包括主反射镜和次反射镜；第二镜组包括两个或多个第三反射镜，第二镜组中的任意一个第三反射镜与第一镜组形成一个三反消像散光学系统。由于第二镜组中多个第三反射镜的曲率和位置、曲率和非球面高次项或曲率、位置和非球面高次项三者均不同，实现多焦距、多视场的光学系统。文档编号G02B17/00GK101285930SQ20081003832公开日2008年10月15日申请日期2008年5月30日优先权日2008年5月30日发明者于清华,孙胜利,王奇伟申请人:中国科学院上海技术物理研究所