專利名稱：：多焦距多視場一次遮擋全反射式消像散光學(xué)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，尤其涉及多焦距多視場一次遮擋全反射式消像散光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：由于透射材料的口徑有限，反射式光學(xué)系統(tǒng)在空間對地對外太空觀測中發(fā)揮著重要作用。其中Korsch在US.4,101,195中公開的三反消像散光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、像質(zhì)良好，應(yīng)用越來越廣泛?？臻g觀測儀器一般多于一臺，并且通過一個主光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行光能量收集。COOKLACY.G分別在EP.0，364,951(US.4，993,818)和US.4,964,706公開了多焦距、多視場的三反射式消像散光學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、像質(zhì)優(yōu)，分別通過第三反射鏡位置(與次鏡間的間隔)和非球面高次項的差異實現(xiàn)多焦距和多視場光學(xué)系統(tǒng)，即可以直接在主光學(xué)系統(tǒng)收集能量的同時完成多焦距觀測，特別適用于可見和紅外不同波長對不同F(xiàn)的需要。由于COOKLACY.G公開的光學(xué)系統(tǒng)保持第三反射鏡的曲率半徑不變，僅通過第三反射鏡位置(與次反射鏡間的間隔)和非球面高次項的差異來影響光學(xué)系統(tǒng)的焦距和視場，因此焦距的變化范圍較小，反射鏡采用高次非球面，使加工難度增大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種多焦距多視場一次遮擋全反射式消像散光學(xué)系統(tǒng)，簡化反射鏡的非球面面型，解決原先系統(tǒng)存在的反射鏡加工困難的技術(shù)問題。本發(fā)明公開的一種多焦距、多視場一次遮擋全反射消像散鏡光學(xué)系統(tǒng)如附圖1所示，其特征是包括兩個鏡組，第一鏡組Gl包括主反射鏡2和次反射鏡3;第二鏡組G2包括兩個或多個第三反射鏡4-1、4-2、4-3，第二鏡組G2中的任意一個第三反射鏡與第一鏡組Gl形成一個三反消像散光學(xué)系統(tǒng)。由于第二鏡組中多個第三反射鏡的曲率和位置、曲率和非球面高次項或曲率、位置和非球面高次項三者均不同，實現(xiàn)多焦距、多視場的光學(xué)系統(tǒng)。在第一鏡組與第二鏡組的兩個或多個第三反射鏡之間分別放置相對系統(tǒng)光軸有一定傾角的平面反射鏡(附圖2中反射鏡AP1、AP2;附圖3中反射鏡BP1、BP2)使結(jié)構(gòu)緊湊。第一鏡組對入射光束一次成像，再經(jīng)不同的平面反射鏡和第三反射鏡再次成像于不同位置，實現(xiàn)不同焦距和視場的光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明公開的光學(xué)系統(tǒng)均采用標(biāo)準(zhǔn)二次曲面，主反射鏡2采用橢球面，次反射鏡采用雙曲面，第三反射鏡采用不同曲率半徑的橢球面，實現(xiàn)多個有限焦距多視場的光學(xué)系統(tǒng)。另外，為了實現(xiàn)無焦和有限焦距的成像同時輸出，主反射鏡2還可以采用拋物面，第三反射鏡4-l、4-2、4-3的其中之一使用拋物面，次反射鏡3和其他第三反射鏡4-l、4-2、4-3需采用了高次非球面，其非球面系數(shù)應(yīng)滿足下列公式偶次面z=~~,+4y2+^4+Qy6+Zy+...;l+力-(l+A:XV奇次面z=——,07+a_y+6_y2+c/+d/+...其中，z是非球面在光軸方向上的矢高，O是非球面的曲率，k是錐形常數(shù)，y是非球面的徑向距離，A、B、C、D和a、b、c、d分別是非球面的高次項非球面系數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點在于由于通過兩個或多個第三反射鏡位置(與次反射鏡間的間隔)、曲率或非球面高次項不同其中兩者甚至三者均不同來實現(xiàn)多焦距、多視場的光學(xué)系統(tǒng)，其焦距變化范圍大。系統(tǒng)所有反射面均采用標(biāo)準(zhǔn)二次曲面同時實現(xiàn)兩個或多個有限Fg成像；系統(tǒng)中的主反射鏡和至少一個第三反射鏡采用拋物面，而其他的反射面采用高次非球面同時實現(xiàn)有限焦距成像和無焦輸出，從而大大簡化了后光路，有效減小系統(tǒng)外形尺寸和重量，促進(jìn)空間遙感儀器向小型化輕量化方向發(fā)展。同時實現(xiàn)成像和無焦輸出特別適用于至少包括相機(jī)和光譜儀兩種儀器空間遙感儀器，減少準(zhǔn)直系統(tǒng)，便于空間遙感儀器輕量化。同軸一次遮擋的光學(xué)系統(tǒng)中的主反射鏡和至少一個第三反射鏡采用拋物面大大降低了加工難度。圖1為多焦距、多視場一次遮擋反射消像散光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，Gl表示第一鏡組、G2表示第二鏡組；1為來自遠(yuǎn)方物體的平行光束；2為主反射鏡，3為次反射鏡均屬于第一鏡組；4-1、4-2、4-3分別為第二鏡組中不同焦距視場光路中第三反射鏡；5-1、5-2、5-3不同視場不同焦距的像面。圖2為多焦距、多視場一次遮擋反射消像散光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，Al為來自遠(yuǎn)方物體的平行光束；A2為主反射鏡；A3為次反射鏡；AP1、AP2分別為兩不同焦距光路中平面反射鏡；A4-l、A4-2分別為兩不同焦距光路中第三反射鏡；A5-l為成像光路焦平面，A5-2平行光路出射位置；AD1為主次鏡間距離；AD2-1、AD2-2分別為兩不同焦距光路中次反射平面反射鏡間的距離；AD3-1、AD3-2分別為兩不同焦距光路中平面反射鏡到第三反射鏡間的距離；AD4-1為成像光路中第三反射鏡與像面間距離；ADe為第三反射鏡孔徑偏離光軸的距離。圖3為多焦距、多視場一次遮擋反射消像散光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，Bl為來自遠(yuǎn)方物體的平行光束；B2為主反射鏡；B3為次反射鏡；BP1、BP2分別為兩不同焦距光路中平面反射鏡;B4-l、B4-2分別為兩不同焦距光路中第三反射鏡;B5-l、B5-2分別為兩不同焦距的成像光路焦平面；BD1為主次鏡間距離；BD2-1、BD2-2分別為兩不同焦距光路中次反射與平面反射鏡間的距離；BD3-1、BD3-2分別為兩不同焦距光路中平面反射鏡到第三反射鏡間的距離；BD4-1、BD4-2分別為兩不同焦距的成像光路中第三反射鏡與像面間距離；BDe-l、BDe-2分別為兩不同焦距光路中第三反射鏡孔徑偏離光軸的距離。具體實例方式實例1:根據(jù)圖2所示光學(xué)結(jié)構(gòu)，設(shè)計一掃描相機(jī)和光譜儀的主光學(xué)系統(tǒng)。該相機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)為軌道高度638km光譜范圍0.641，角分辨率1.28m探測器14戶X14，單元主光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)為口徑500mm相機(jī)焦距7000mm;光譜儀主光學(xué)系統(tǒng)無焦波長0.641戸分辨率像質(zhì)優(yōu)化紅外相機(jī)的RMS優(yōu)于7um，MTF接近衍射極限；無焦系統(tǒng)的平行度40/zr^/。結(jié)構(gòu)參數(shù)見表l。實例2:根據(jù)圖3所示光學(xué)結(jié)構(gòu)，設(shè)計一推掃分別工作于可見和紅外兩波段的空間相機(jī)。該相機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)為軌道高度600km光譜范圍0.641//w;2.74.3//m角分辨率1.0m;4.7m刈幅10km探測器10000元7戶X7戸；2500元28/zmX28";主光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)為口徑500mm可見相機(jī)焦距4000mm;紅外相機(jī)焦距3600mm波長0.641戶；2.74.3戶分辨率1.75戸d;7.8戸d視場1。像質(zhì)優(yōu)化可見相機(jī)的RMS優(yōu)于4um，MTF接近衍射極限；紅外相機(jī)的RMS優(yōu)于llum，MTF接近衍射極限。結(jié)構(gòu)參數(shù)見下表l。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1.一種多焦距多視場一次遮擋全反射式消像散光學(xué)系統(tǒng)，它由主反射鏡、次反射鏡和二個或二個以上的第三反射鏡組成，其特征在于組成本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的主反射鏡(2)是橢球面反射鏡時，次反射鏡(3)是雙曲面反射鏡，第三反射鏡(4-1、4-2、4-3)是曲率半徑不同的橢球面反射鏡；組成本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的主反射鏡(2)是拋物面反射鏡時，次反射鏡(3)是高次非球面反射鏡，第三反射鏡(4-1、4-2、4-3)在無焦系統(tǒng)中是拋物面反射鏡，在有限焦距系統(tǒng)中是高次非球面反射鏡。全文摘要本發(fā)明公開的是多焦距、多視場一次遮擋全反射式消像散光學(xué)系統(tǒng)，其特征是包括兩個鏡組，第一鏡組包括主反射鏡和次反射鏡；第二鏡組包括兩個或多個第三反射鏡，第二鏡組中的任意一個第三反射鏡與第一鏡組形成一個三反消像散光學(xué)系統(tǒng)。由于第二鏡組中多個第三反射鏡的曲率和位置、曲率和非球面高次項或曲率、位置和非球面高次項三者均不同，實現(xiàn)多焦距、多視場的光學(xué)系統(tǒng)。文檔編號G02B17/00GK101285931SQ20081003832公開日2008年10月15日申請日期2008年5月30日優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日發(fā)明者于清華,孫勝利,王奇?zhèn)ド暾埲?中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所