专利名称：大孔径全反射式光学合成孔径成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学合成孔径成像系统，具体涉及一种大口径两子镜全反射式合 成孔径成像系统。
背景技术：
根据物理光学理论，在系统工作波长一定的情况下，要提高光学系统的空间分辨 率，必须增大系统的通光口径。在实际应用中，大型或超大型的光学系统口径的增大受到材 料、工艺水平、装配、有效载荷舱体积和成本等诸多因素的限制，在现有技术条件下是很难 实现甚至不可能实现。并且对于空间光学系统，口径的增大势必带来发射的困难，复杂的空 间环境也可能导致大口径光学镜面的变形而不能达到正常的工作性能，最终导致系统可能 无法达到正常的工作性能。为了突破系统口径的限制，获得更高的空间分辨率，并且降低系 统的重量，光学合成孔径成像理论得以提出。为了解决传统单个大口径光学系统所带来的种种技术难题，欧美科学家较早的提 出了光学合成孔径成像技术。光学合成孔径成像系统是以组合孔径法为基本原理的成像 系统。它是把多个小口径的光学元件或光学系统按照一定的方式在空间上进行排列，通过 各子孔径的光束经过位相补偿和调整后相干叠加到共同的焦平面上，使系统的空间分辨率 和成像质量等效为一个更大口径的光学成像系统。各子孔径所产生的像场必需是同位相叠 加，这样它们之间才能在艾里斑的中心相互增强并使艾里斑变窄，从而达到提高分辨率的 作用。小孔径系统的使用，降低了系统加工和制造难度，整个系统的体积和重量也大大降 低。多个结构相同的小孔径系统还可实现模块化生产和检测，大幅降低研制成本。光学合成孔径成像系统有共用次镜型和多望远镜型两种理论结构型式。共用次 镜结构，又名拼接主镜技术，是将单大口径系统的主镜分为多个小块，每个小块的面型与主 镜相同，是主镜的一部分，将各部件按其在大口径系统中的位置进行排布，次镜将来自各小 块的光线汇聚至像面成像。共用次镜结构可以认为是多个带有不同离轴量的光学系统的组 合，现在单大口径系统的设计主要采用的就是这种结构。共用次镜结构的设计可以在传统单口径系统的主镜上加入不同的孔径光阑实现， 其设计方法与传统单孔径系统的设计方法相同。多望远镜结构主要考虑由多个结构相同的无焦系统、光束合成镜和光学延迟线三 部分组合实现的，多个无焦子望远镜收集来自物面的入射光束，光束合成镜作为第二级光 学系统收集来自各无焦子望远镜的光束，并将其成像于像面上，光学延迟线则作为无焦子 望远镜和光束合成镜的连接部，将无焦子望远镜的出射光束送入光束合成镜进行光束合 成。该结构中无焦子望远镜可以实现批量化生产，以降低成本；光束合成镜口径较小，在设 计和加工等方面难度不大；无焦子望远镜和光束合成镜间的光学延迟线可用于调整各子镜 间的相位差，给装调带来方便。多望远镜型光学合成孔径成像技术与传统单孔径光学成像技术的差异导致其在 设计方法上和性能评价上的差异。
在性能评价方面，调制传递函数(MTF)和斯特列尔值(Strehl Ratio, SR)是评价 合成孔径成像系统成像性能和设计优劣的重要指标。根据成像光学理论，良好的设计结果 其MTF应接近衍射极限，SR高于0. 8。目前，还没有出现规范的设计方法作为标准化操作流程，以建立满足系统指标的 合成孔径成像系统。某些简单的合成孔径成像系统的实践常采用折射透镜进行设计，由于 折射式透镜自身存在色散且可用于加工的大尺寸玻璃数量极少等局限，在谱段较宽或孔径 较大时其设计结果难以达到期望的系统指标。合成孔径成像系统的设计是合成孔径成像技术工程化应用的先决条件，是合成孔 径成像技术研究的关键技术之一。
发明内容
本发明提供了一种大孔径全反射式光学合成孔径成像系统，解决了传统单个大口 径光学系统加工和制造难度大以及某些简单的合成孔径成像系统实践难以达到期望的系 统指标的问题。本发明的技术方案如下大孔径全反射式光学合成孔径成像系统，该系统由结构相同的两个无焦子望远 镜、分别对应于每个无焦子望远镜的光学延迟线和光束合成镜组成，其中每个无焦子望远 镜均由沿光入射方向依次设置的RC系统、第一平面反射镜和第一凹面反射镜组成，所述RC 系统与第一凹面反射镜共焦，所述第一平面反射镜位于此焦面处；所述光学延迟线在空间 上是设置于两个无焦子望远镜之间的第二平面反射镜组；所述光束合成镜由采用孔径离轴 方式设置的四个反射镜组成，所述四个反射镜是沿第二平面反射镜出射光路依次设置的第 二凹面反射镜、第一凸面反射镜、第二凸面反射镜、第三凹面反射镜组成，所述第三凹面反 射镜的焦面即系统成像面。上述第一凹面反射镜形成的平行出射光方向与RC系统光轴垂直，且第二平面反 射镜组的每个第二平面反射镜的入射光与出射光的夹角皆为90°。这样，系统的结构更简 洁紧凑、便于调试。本发明具有以下优点本发明具有孔径大、重量轻且结构简单等特点，系统中无折射透镜，避免了色差的 出现。突破了系统口径的限制，可获得更高的空间分辨率，能够满足较高的系统指标；两个 结构相同的小孔径系统可实现模块化生产和检测，降低了系统加工和制造难度，整个系统 的体积和重量也大大降低，大幅降低研制成本。
图1为本发明结构示意图；图2为本发明系统调制传递函数(MTF)曲线；图3为本发明系统斯特列尔值随视场的变化曲线。附图标号说明I-RC系统主镜，2-RC系统次镜，3-第一平面反射镜，4-第一凹面反射镜，5-第二凹 面反射镜，6-第一凸面反射镜，7-第二凸面反射镜，8-第三凹面反射镜，9-系统成像面。
具体实施例方式要求的系统总体指标如下表1所示。表 权利要求
1.大孔径全反射式光学合成孔径成像系统，其特征在于该系统由结构相同的两个无 焦子望远镜、分别对应于每个无焦子望远镜的光学延迟线和光束合成镜组成，其中每个无 焦子望远镜均由沿光入射方向依次设置的RC系统、第一平面反射镜C3)和第一凹面反射镜 (4)组成，所述RC系统与第一凹面反射镜(4)共焦，所述第一平面反射镜(3)位于此焦面 处；所述光学延迟线在空间上是设置于两个无焦子望远镜之间的第二平面反射镜组；所述 光束合成镜由采用孔径离轴方式设置的四个反射镜组成，所述四个反射镜是沿第二平面反 射镜出射光路依次设置的第二凹面反射镜(5)、第一凸面反射镜(6)、第二凸面反射镜(7)、 第三凹面反射镜(8)组成，所述第三凹面反射镜(8)的焦面即系统成像面。
2.根据权利要求1所述的大孔径全反射式光学合成孔径成像系统，其特征在于所述 第一凹面反射镜(4)形成的平行出射光方向与RC系统光轴垂直，且第二平面反射镜组的每 个第二平面反射镜的入射光与出射光的夹角皆为90°。
全文摘要
本发明提供了一种大孔径全反射式光学合成孔径成像系统，解决了传统单个大口径光学系统加工和制造难度大以及某些简单的合成孔径成像系统实践难以达到期望的系统指标的问题。该系统的子望远镜有两个，每个无焦子望远镜均由沿光入射方向依次设置的RC系统、第一平面反射镜和第一凹面反射镜组成，所述RC系统与第一凹面反射镜共焦，所述第一平面反射镜位于此焦面处；所述光学延迟线在空间上是设置于两个无焦子望远镜之间的第二平面反射镜组；所述光束合成镜由采用孔径离轴方式设置的四个反射镜组成。本发明设计了两个结构相同的小孔径系统，可实现模块化生产和检测，降低了系统加工和制造难度，整个系统的体积和重量也大大降低，大幅降低研制成本。
文档编号G02B17/06GK102073131SQ20101060275
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者杨建峰, 梁士通, 薛彬, 阮萍 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所