專利名稱：基于復(fù)眼結(jié)構(gòu)的衍射望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于復(fù)眼結(jié)構(gòu)的衍射望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)是一種空間成像系統(tǒng)，屬于光 學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。主要用于空間對(duì)地觀測(cè)遙感，空間攝影等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的空間遙感技術(shù)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的要求是在寬光譜范圍內(nèi)具有高分辨率， 大視場，質(zhì)量輕的特點(diǎn)。為滿足上述要求，傳統(tǒng)的空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)大都采用多 反射鏡結(jié)構(gòu)，且各反射面均釆用非球面，隨之而來的問題是 一方面非球面加 工制作難度大成本高；另一方面反射鏡面形精度要求高難控制。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于復(fù)眼結(jié)構(gòu)的衍射望遠(yuǎn)鏡光學(xué) 系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)采用衍射透鏡做物鏡，使折射件和衍 射件結(jié)合，校正一部分色差，剩余色差由折射式目鏡進(jìn)行校止。將目鏡和物鏡 分別放置在兩個(gè)平臺(tái)上，且目鏡放在消色差中心波長的焦點(diǎn)位置，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng) 由n個(gè)小視場的單眼望遠(yuǎn)鏡組成，每個(gè)單眼望遠(yuǎn)鏡都具備自己的一套物鏡與目 鏡系統(tǒng)，將單個(gè)衍射望遠(yuǎn)鏡仿照并列型生物復(fù)眼結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間排布。n為正整數(shù)， 本發(fā)明中n為3—19。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的具體技術(shù)方案如下 - 一、 物鏡的選擇
望遠(yuǎn)鏡物鏡選擇衍射透鏡。將衍射面做在平面透射薄膜基底上，有兩大優(yōu)
點(diǎn)
1、 衍射光學(xué)元件是位相型的，在可見光波段內(nèi)可以做成一系列表面深度為 1/做左右的浮雕結(jié)構(gòu)，加上十幾個(gè)/卵厚的基底，整個(gè)衍射透鏡可以做的很薄， 從而大大降低元件的重量；
2、 平面衍射透鏡在很大程度上減小了面形公差要求，入射光經(jīng)反射鏡表面 光程差的改變量是鏡面面形誤差的兩倍，對(duì)于高分辨力反射式望遠(yuǎn)鏡而言，一 般要求元件的面形精度優(yōu)于)(。(P-V值)，但衍射光學(xué)元件是透射型元件，入
射光通過一個(gè)等厚的透射表面，在一個(gè)面上的路徑延遲被另一個(gè)表面抵消，表
面的面形誤差幾乎對(duì)出射光程不產(chǎn)生影響?？梢宰C明對(duì)光線的偏折角度為e，透 射表面上面形誤差影響比反射表面要好(1 + 0 。/(1-(:0^)*16(//#)2倍，例如f/#
=100，透射表面就要比反射表面公差放松160000倍。同時(shí)，衍射元件較非球面
容易制作，可復(fù)制，適于批量加工。
二、 消色差
衍射元件有很大的色散，因此要實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的寬光譜應(yīng)用就要對(duì)其進(jìn)行色 差校正。該望遠(yuǎn)鏡中，采取在物鏡透射基底上加入光焦度^，剩余色差由折射式 目鏡進(jìn)行校正。
三、 單眼衍射望遠(yuǎn)鏡
由于衍射光學(xué)元件的特性和制作工藝的限制，利用衍射光學(xué)元件作為物鏡的 空間系統(tǒng)，系統(tǒng)的長度都非常大，很難安放在一個(gè)平臺(tái)上。為此所設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn) 鏡采用目鏡和物鏡分別放置在兩個(gè)平臺(tái)上，且目鏡放在消色差中心波長的焦點(diǎn) 位置，目鏡系統(tǒng)口徑最小，結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、易制作。
四、 擴(kuò)大視場
望遠(yuǎn)鏡的主要重量集中在目鏡系統(tǒng)上，為減小其重量，單個(gè)衍射望遠(yuǎn)鏡的視 場角是有限的。為此利用并列型生物復(fù)眼大視場的工作原理望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)由多
個(gè)小視場的單眼望遠(yuǎn)鏡組成，每個(gè)單眼都具備自己的一套物鏡與目鏡系統(tǒng)，觀 察物體時(shí)按自己的視場角進(jìn)行拍攝。之后，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理，整張圖片就 可以被合成出來。
本發(fā)明的有益效果是該望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)采用薄膜衍射透鏡做物鏡，使光學(xué) 系統(tǒng)超輕量化，降低空間光學(xué)系統(tǒng)的成木，同時(shí)具有寬松的面形公差要求，克 服了反射式系統(tǒng)面形精度難控制的缺點(diǎn)且衍射元件易加工復(fù)制批量生產(chǎn)。利用 生物復(fù)眼的原理擴(kuò)大視場，將單個(gè)衍射望遠(yuǎn)鏡仿照并列型生物復(fù)眼結(jié)構(gòu)進(jìn)行空 間排布，整個(gè)系統(tǒng)具有很輕的質(zhì)量，在寬光譜、大視場范圍內(nèi)具有高分辨率及 接近衍射極限的成像質(zhì)量。正符合當(dāng)前空間對(duì)地遙感、空間攝影等領(lǐng)域?qū)鈱W(xué) 系統(tǒng)的要求。


圖l為復(fù)眼衍射望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
圖2為單眼衍射望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)示意圖。 圖3為單眼衍射望遠(yuǎn)鏡ZEMAX軟件設(shè)計(jì)結(jié)果的傳遞函數(shù)曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明
圖l是復(fù)眼衍射望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)示意圖，由ll個(gè)單眼望遠(yuǎn)鏡組成的，視場 可達(dá)2co-1.1。，采用更多的單眼望遠(yuǎn)鏡可得到更大視場的覆蓋。圖2單眼衍射望遠(yuǎn) 鏡光學(xué)系統(tǒng)中，物鏡ll (孔徑光闌)口徑200腿，f/—100，基底為lmm厚的BK7 玻璃，選用低密度薄膜材料可以減少物鏡質(zhì)量，其第一個(gè)面是二兀衍射面，第 二個(gè)面具有一定的光焦度，折射件和衍射件結(jié)合在一起，校正一部分色差；目 鏡由BK7和SFL56玻璃做成的雙膠合透鏡12和兩個(gè)BK7玻璃的單透鏡13、 14組成。 系統(tǒng)工作波段0.6^w—0.8,卵，視場角為2( = 0.1。， f/#=4。物鏡距目鏡20m，
物鏡與目鏡口徑之比為5.5: 1。從圖3可以看出，單眼衍射望遠(yuǎn)鏡的各視場位置， 在空間頻率501p/mm處，傳遞函數(shù)值均可達(dá)到0.7以上。
按照如圖1所示布置復(fù)眼衍射望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)，每個(gè)單眼衍射望遠(yuǎn)鏡對(duì)自己 負(fù)責(zé)的視場成像，在各成像焦平面分別放置CCD感測(cè)器,并連線至電腦對(duì)各視場 成像圖分析處理,就可合成得到整個(gè)要求視場內(nèi)完整的像。圖中0為中心視場為 0。的單眼望遠(yuǎn)鏡。2為中心視場為-OT的單眼望遠(yuǎn)鏡，4為中心視場為-0.2"的單 眼望遠(yuǎn)鏡，6為中心視場為-0.3。的單眼望遠(yuǎn)鏡，8為中心視場為-0.4'、的單眼望遠(yuǎn) 鏡，10為中心視場為-0.5。的單眼望遠(yuǎn)鏡，單眼望遠(yuǎn)鏡2， 4， 6， 8， IO相對(duì)于單 眼望遠(yuǎn)鏡0分別旋轉(zhuǎn)-0.1°， -0.2°, -0.3°， -0.4°， -0.5。并順次首尾相接；下邊的 1為中心視場為0.1。的單眼望遠(yuǎn)鏡，3為中心視場為0.2。的單眼望遠(yuǎn)鏡，5為中心 視場為0.3°的單眼望遠(yuǎn)鏡，7為中心視場為0.4°的單眼望遠(yuǎn)鏡，9為中心視場為0.4° 的單眼望遠(yuǎn)鏡，單眼望遠(yuǎn)鏡l， 3， 5， 7， 9相對(duì)于單眼望遠(yuǎn)鏡0分別旋轉(zhuǎn)0.r， 0.2°， 0T， 0.4°， 0.5。并順次首尾相接。這樣，整個(gè)望遠(yuǎn)鏡在2co4.1。的子午視場 范圍內(nèi)得到了全覆蓋， 一般由n個(gè)單眼望遠(yuǎn)鏡組成的復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡可得到的視場 為2co-0.1。xn。上面是對(duì)子午方向視場的覆蓋，對(duì)于弧矢方向可通過掃描的方式 進(jìn)行覆蓋，從而得到子午和弧矢兩個(gè)方向上的大視場覆蓋。
權(quán)利要求
1、基于復(fù)眼結(jié)構(gòu)的衍射望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于該光學(xué)系統(tǒng)包括單眼望遠(yuǎn)鏡(1)，(3)，(5)，(7)，(9)相對(duì)于單眼望遠(yuǎn)鏡0分別旋轉(zhuǎn)0.1°，0.2°，0.3°，0.4°，0.5°并順次首尾相接，單眼望遠(yuǎn)鏡(2)，(4)，(6)，(8)，(10)相對(duì)于單眼望遠(yuǎn)鏡0分別旋轉(zhuǎn)-0.1°，-0.2°，-0.3°，-0.4°，-0.5°并順次首尾相接，物鏡(11)選用表面鍍低密度薄膜BK7玻璃，采用薄膜衍射透鏡做物鏡，其第一個(gè)面是二元衍射面；目鏡(12)由BK7和SFL56玻璃做成的雙膠合透鏡和兩個(gè)BK7玻璃的單透鏡(13)、(14)；各部件的位置和連接關(guān)系將折射件和衍射件結(jié)合在一起，目鏡(12)和物鏡(11)分別放置在兩個(gè)平臺(tái)上，且目鏡(12)放在消色差中心波長的焦點(diǎn)位置，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)由n個(gè)小視場的單眼望遠(yuǎn)鏡組成，每個(gè)單眼望遠(yuǎn)鏡都具備自己的一套物鏡與目鏡系統(tǒng)，將單個(gè)衍射望遠(yuǎn)鏡仿照并列型生物復(fù)眼結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間排布，所述n為正整數(shù)，本發(fā)明中n為3-19。
2、 按照權(quán)利要求1所上述的基于復(fù)眼結(jié)構(gòu)的衍射望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特 征在于該望遠(yuǎn)鏡中，采取在物鏡透射基底上施加光焦度^，并將折射件和衍 射件結(jié)合在一起。
3、 按照權(quán)利要求1所上述的基于復(fù)眼結(jié)構(gòu)的衍射望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特 征在于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)由n個(gè)小視場的單眼望遠(yuǎn)鏡組成，每個(gè)單眼望遠(yuǎn)鏡都具備 自己的一套物鏡與目鏡系統(tǒng)，由n個(gè)單眼望遠(yuǎn)鏡組成的復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡可得到的 視場為2。 = 0.1°
全文摘要
一種基于復(fù)眼結(jié)構(gòu)的衍射望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)，它屬于光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。該望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)采用薄膜衍射透鏡做物鏡，使光學(xué)系統(tǒng)超輕量化，降低空間光學(xué)系統(tǒng)的成本，同時(shí)具有寬松的面形公差要求，克服了反射式系統(tǒng)面形精度難控制的缺點(diǎn)且衍射元件易加工復(fù)制批量生產(chǎn)。利用生物復(fù)眼的原理擴(kuò)大視場，將單個(gè)衍射望遠(yuǎn)鏡仿照并列型生物復(fù)眼結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間排布，整個(gè)系統(tǒng)具有很輕的質(zhì)量，在寬光譜、大視場范圍內(nèi)具有高分辨率及接近衍射極限的成像質(zhì)量。此望遠(yuǎn)鏡可用于空間對(duì)地觀測(cè)遙感，空間攝影等領(lǐng)域，很好地滿足了空間望遠(yuǎn)鏡質(zhì)量輕，成本低，大視場，高分辨力的要求。
文檔編號(hào)G02B27/00GK101114053SQ200710056050
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者華 劉, 盧振武, 岳巾英 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所