專利名稱：三反射鏡消像散系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種反射式光學(xué)成像系統(tǒng)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明公開了一種三反射鏡消像散系統(tǒng)，包括主鏡、次鏡和第三鏡三塊反射鏡，其特征在于A.所述的三塊反射鏡中主鏡和第三鏡為球面鏡，次鏡的反射曲面為二次扁球面，三塊反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個公共光軸；B.該系統(tǒng)還包括一個孔徑光闌，所述的孔徑光闌位于所述次鏡上或在次鏡附近的前后光路上；C.次鏡的光軸與公共光軸重合，所述的主鏡和第三鏡的通光孔徑分別位于公共光軸的兩側(cè)；D.所述消像散系統(tǒng)的工作視場是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束入射到主鏡，依次經(jīng)主鏡、次鏡和第三鏡反射后在像平面成像。
為了縮短系統(tǒng)軸向尺寸，減輕系統(tǒng)體積和重量，本發(fā)明的一種改進(jìn)如下三反射鏡消像散系統(tǒng)，包括主鏡、次鏡和第三鏡三塊反射鏡，其特征在于A.所述的三塊反射鏡中主鏡和第三鏡為球面鏡，次鏡的反射曲面為二次扁球面，三塊反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個公共光軸；B.該系統(tǒng)還包括一個孔徑光闌和一塊用來折射次鏡出射光路的折疊平面反射鏡，所述的孔徑光闌位于所述次鏡上或在次鏡附近的前后光路上；C.次鏡的光軸與公共光軸重合，所述的主鏡和第三鏡的通光孔徑分別位于公共光軸的一側(cè)或兩側(cè)；D.所述消像散系統(tǒng)的工作視場是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束入射到主鏡，依次經(jīng)主鏡、次鏡、折疊平面反射鏡和第三鏡反射后在像平面成像。
本發(fā)明的優(yōu)點是1)所有反射鏡具有公共光軸，利于裝調(diào)，使用了偏軸視場，消除了遮攔影響；2)所有的離軸光學(xué)零件的光學(xué)面形均為球面(平面為球面的特例)，由于采用了球面設(shè)計，因此離軸反射鏡的加工就轉(zhuǎn)化為同軸球面鏡加工，大幅度降低了加工難度和成本，適合批量生產(chǎn)，裝調(diào)難度也相應(yīng)降低。
3)可以借助于折疊平面反射鏡來縮短系統(tǒng)外型尺寸到焦距以內(nèi)。
4)次鏡的非球面化使本系統(tǒng)具有與三個非球面鏡組成的反射鏡消像散系統(tǒng)同等的成像質(zhì)量(MTF)和工作視場，比三個球面鏡組成的反射鏡消像散系統(tǒng)具有更高的成像質(zhì)量(MTF)和更大的工作視場；而次鏡是系統(tǒng)中尺寸最小的軸對稱的二次非球面，因此，次鏡的加工和檢測難度較小，以較小代價提高系統(tǒng)性能，具有較高的性價比。
本發(fā)明在Y方向進(jìn)行偏視場處理，存在偏軸視場a，因此在Y方向上工作視場較小，而在X方向上的視場較大，可以適合于電荷耦合器件(CCD)或者積分延時電荷耦合器件(TDI CCD)等類型的探測器，尤其適合線陣光電探測器件。其視場角可以達(dá)到(10°×1°)，例如對于線陣推掃型遙感器而言是非常實用的。
圖2為折疊型式的三反射鏡消像散系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)布局示意圖。
1—主鏡； 2—次鏡；3—折疊平面反射鏡； 4—第三鏡；5—像平面；6—孔徑光闌；7—公共光軸；8—入射光束；d1—主鏡1到次鏡2間距； d2—次鏡2到平面反射鏡3間距；d3—平面反射鏡3到第三鏡4間距； d4—第三鏡4到像面5距離；
d5—次鏡2到第三鏡4距離。
實施例1為一個航空航天推掃成像光學(xué)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)型式如

圖1所示的焦距f’＝500mm；視場角為10°×1°；相對孔徑為1/12；外型尺寸(900×300×120)mm3；光譜段(0.5-0.78)微米；系統(tǒng)工作視場X方向為(-5°至5°)；Y方向為(5°至6°)。
主鏡1的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為-1571.067mm(凹面)；主鏡次鏡間距d1為-446.731mm；Y離軸量為-102.48mm；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑為(53.2×35.7)mm2。
次鏡2的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為-473.5mm(凸面)；偏心系數(shù)為2.2510；次鏡到第三鏡間距d5為875mm；Y離軸量為0；傾斜量為0；通光孔徑直徑為10.7mm。
第三鏡4的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為-715.217mm(凹面)；第三鏡到像面距離d4為-455mm；Y離軸量為194.376mm；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑(74.6×38.4)mm2。
系統(tǒng)的成像質(zhì)量為當(dāng)特征頻率為50線對/毫米時，全視場全譜段加權(quán)平均調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)大于0.5。
此系統(tǒng)采用同軸球面光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，孔徑光闌6位于次鏡2上，為了去除遮攔的影響，采用偏視場使用，即使用軸外視場作為工作視場，即偏視場。
此系統(tǒng)的三塊反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個公共光軸7，次鏡2的光軸與公共光軸7重合，主鏡1和第三鏡4的通光孔徑分別離開光軸并位于光軸7的兩側(cè)，所述消像散系統(tǒng)的工作視場是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束8入射到主鏡1，經(jīng)主鏡1反射到次鏡2，經(jīng)第三鏡4反射后在像平面5成像。
實施例2為一個微小衛(wèi)星用或者偵察飛機(jī)用推掃光學(xué)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)型式如圖2所示焦距f’＝500mm；視場角為10°×1°；相對孔徑為1/12；外型尺寸(482×440×260)mm3；光譜段(0.5-0.78)微米；偏視場X方向為(-3°至3°)；Y方向為(4.2°至5.0°)。
主鏡1的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為-1519.828mm(凹面)；主鏡1和次鏡2的間距d1為-440.791mm；Y離軸量為-101.35mm；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑為(67.7×31.9)mm2。
次鏡2的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為-472.85mm(凸面)；偏心系數(shù)為2.1866；次鏡2和折疊反射鏡3的間距d2為450mm；Y離軸量為0mm；傾斜量為0；通光孔徑直徑為9mm；當(dāng)給出一定的傾斜量時，第三鏡可以和主鏡在光軸同側(cè)。
折疊平面反射鏡3的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為無窮大；折疊平面反射鏡3和第三鏡4間距d3為-425mm；Y離軸量為104.32mm；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑為(62.0×25.2)mm2。
第三鏡4的結(jié)構(gòu)參數(shù)曲率半徑為715.117mm(凹面)；第三鏡4和像面5的間距d4為455.027mm；Y離軸量為193.65mm；傾斜量為0；偏心系數(shù)為0；通光孔徑為(105.5×35.0)mm2。
系統(tǒng)的成像質(zhì)量為當(dāng)特征頻率為50線對/毫米時，全視場全譜段加權(quán)平均調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)大于0.5。
本系統(tǒng)的三塊反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個公共光軸7，次鏡2的光軸與公共光軸7重合，孔徑光闌6位于次鏡2上，主鏡1和第三鏡4的通光孔徑分別離開光軸并位于光軸7的兩側(cè)，所述消像散系統(tǒng)的工作視場是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束8入射到主鏡1，經(jīng)主鏡1反射到次鏡2，經(jīng)次鏡2反射到折疊反射鏡3，再經(jīng)第三鏡4反射后在像平面5成像，在成像面上可以安裝探測器來成像。
本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在焦距縮放時，其它結(jié)構(gòu)參數(shù)按照同樣縮放因子縮放時，像質(zhì)仍然保持良好。
權(quán)利要求
1.一種三反射鏡消像散系統(tǒng)，包括主鏡(1)、次鏡(2)和第三鏡(4)三塊反射鏡，其特征在于A.所述的三塊反射鏡中主鏡和第三鏡為球面鏡，次鏡的反射曲面為二次扁球面，三塊反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個公共光軸(7)；B.該系統(tǒng)還包括一個孔徑光闌(6)，所述的孔徑光闌(6)位于所述次鏡(2)上或在次鏡(2)附近的前后光路上；C.次鏡(2)的光軸與公共光軸(7)重合，所述的主鏡(1)和第三鏡(4)的通光孔徑分別位于公共光軸(7)的兩側(cè)；D.所述消像散系統(tǒng)的工作視場是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束(8)入射到主鏡(1)，依次經(jīng)主鏡(1)、次鏡(2)和第三鏡(4)反射后在像平面(5)成像。
2.一種三反射鏡消像散系統(tǒng)，包括主鏡(1)、次鏡(2)和第三鏡(4)三塊反射鏡，其特征在于A.所述的三塊反射鏡中主鏡和第三鏡為球面鏡，次鏡的反射曲面為二次扁球面，三塊反射鏡光學(xué)面所在的曲面具有一個公共光軸(7)；B.該系統(tǒng)還包括一個孔徑光闌(6)和一塊用來折疊次鏡(2)出射光路的折疊平面反射鏡(3)，該反射鏡可以不傾斜放置，也可以按一定的傾斜角放置，所述的孔徑光闌(6)位于所述次鏡(2)上或在次鏡(2)附近的前后光路上；C.次鏡(2)的光軸與公共光軸(7)重合，所述的主鏡(1)和第三鏡(4)的通光孔徑分別位于公共光軸(7)的一側(cè)或兩側(cè)；D.所述消像散系統(tǒng)的工作視場是離軸的；與光軸偏離a角度的平行光束(8)入射到主鏡(1)，依次經(jīng)主鏡(1)、次鏡(2)、折疊平面反射鏡(3)和第三鏡(4)反射后在像平面(5)成像。
全文摘要
三反射鏡消像散系統(tǒng)，屬于光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有反射式光學(xué)成像系統(tǒng)中反射鏡加工和裝調(diào)難度大，系統(tǒng)研制成本高的問題，本發(fā)明公開一種三反射鏡消像散系統(tǒng)，包括主鏡、次鏡和第三鏡三塊反射鏡，所述三塊反射鏡中主鏡和第三鏡為球面鏡，次鏡的反射曲面為二次扁球面；三塊反射鏡光學(xué)面所在曲面具有一個公共光軸；該系統(tǒng)還包括一個孔徑光闌，所述的孔徑光闌位于次鏡上或在次鏡附近的前后光路上；次鏡的光軸與公共光軸重合，主鏡和第三鏡的通光孔徑分別位于公共光軸的兩側(cè)；所述消像散系統(tǒng)的工作視場是離軸的；平行光束入射到主鏡，依次經(jīng)主鏡、次鏡和第三鏡反射后在像平面成像。本發(fā)明既利于裝調(diào)，降低成本，同時還可以獲得較大的工作視場。
文檔編號G02B17/00GK1432836SQ0310476
公開日2003年7月30日 申請日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者郝云彩, 尤政 申請人:清華大學(xué)