專利名稱：一種長焦距、無畸變、平像場的折軸三反光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學應用技術，具體涉及一種長焦距、無畸變、平像場的折軸三反 光學系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)在普遍使用的三反射光學系統(tǒng)中由次鏡和三鏡產生的畸變均為正畸變，當減 小光學系統(tǒng)的視場角或放大主反射鏡的曲率半徑后，隨著光線的入射高度和入射角度的 減小，整個光學系統(tǒng)的畸變可以變小，但其畸變值不會小于1%，不能滿足空間相 機多光 譜成像、立體成像和地圖測繪的需求；而無畸變的三反光學系統(tǒng)像面是彎曲的，導致拼 接的CCD像面是彎曲的，更不利于應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決背景技術中所述的現(xiàn)有的三反射光學系統(tǒng)的畸變值較大、 像面彎曲不利于應用的缺陷，而提供了一種適合空間相機的長焦距、無畸變、平像場的 折軸三反光學系統(tǒng)，以滿足空間相機多光譜成像，立體成像和大比例尺地圖測繪的需 求。本發(fā)明的技術解決方案是一種長焦距、無畸變、平像場的折軸三反光學系 統(tǒng)，包括主反射鏡1、設置在該主反射鏡1的反射光路上的次反射鏡2、設置在該次反射 鏡2的反射光路上的折軸鏡3及設置在該折軸鏡3的反射光路上的第三反射鏡4，其特 殊之處在于，在該第三反射鏡4的反射光路上設置有至少一片透鏡5，且該透鏡5距離 像面的距離通常為f/5_f/3(其中f為第三鏡的焦距)，最佳距離約為距像面75mm左右 (70-90mm)；并且該透鏡5采用雙彎月形的凹凸(正彎月形)的正透鏡，用于抵消次反射 鏡2和第三次反射鏡4所產生的正畸變；為了更好的消除該畸變，可以在第三反射鏡4的 反射光路上設置由凹凸(正彎月形)的正透鏡和雙凹的負透鏡組成的透鏡組，從而更好的 抵消掉次反射鏡2和第三反射鏡4所產生的正畸變。由于本光學系統(tǒng)中在光學系統(tǒng)出瞳與像面之間放置靠近像面的消畸變透鏡 (組)，用以抵消次反射鏡和第三反射鏡所產生的正畸變，同時，采用低折射率、耐輻射 的光學材料制成的消畸變透鏡(組)，以減小系統(tǒng)的入射角度和入射高度，最后取得消除 整個系統(tǒng)畸變的效果，滿足空間相機用于多光譜成像、立體成像和大比例尺地圖測繪等 對光學系統(tǒng)的需求，擴大了系統(tǒng)的應用范圍。


圖1是設置兩片消畸變透鏡時的本發(fā)明的光學系統(tǒng)的光路示意圖；圖2是設置一片消畸變透鏡時的本發(fā)明的光學系統(tǒng)的光路示意圖；圖3是消畸變透鏡設置在折軸鏡的反射光路上并靠近像面的本發(fā)明的光學系統(tǒng) 的光路示意圖4是消 畸變透鏡設置在折軸鏡的反射光路上并靠近像面的本發(fā)明的光學系統(tǒng) 的另一光路示意圖；圖5是本發(fā)明的光學系統(tǒng)成像質量畸變圖；圖6是本發(fā)明的光學系統(tǒng)成像質量衍射圖。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明的光學系統(tǒng)為折軸三反光學系統(tǒng)，包括主反射鏡1、設置在該 主反射鏡1的反射光路上的次反射鏡2、設置在該次反射鏡2的反射光路上的折軸鏡3 (折 軸鏡3呈45°放置，折軸鏡3的法線與主、次鏡光軸夾角為45°，主反射鏡1的光軸和 次反射鏡2的光軸是重合的。)及設置在該折軸鏡3的反射光路上的第三反射鏡4，在該 第三反射鏡4的反射光路上設置有至少一片透鏡5 (消畸變透鏡)即在該光學系統(tǒng)的出瞳 與像面之間放置透鏡5，且該透鏡5組靠近像面6，同時，該透鏡5采用凹凸(正彎月形) 的正透鏡，用于抵消次反射鏡2和第三次反射鏡4所產生的正畸變。參見圖2，為了更好的消除系統(tǒng)的畸變，可以在第三反射鏡4的反射光路上順次 設置由凹凸(正彎月形)的正透鏡和雙凹的負透鏡組成的透鏡組，且靠近第三反射鏡4的 為凹凸(正彎月形)的正透鏡的正透鏡，該透鏡組產生負畸變，從而抵消掉次反射鏡2和 第三反射鏡4所產生的正畸變。參見圖3、4，其中不同于圖1和圖2所示的光學系統(tǒng)的是，折軸鏡3和第三反 射鏡4的位置恰好互換，即第三反射鏡4設置在次反射鏡2的反射光路上，折軸鏡3設置 在第三反射鏡4的反射光路上；但其中一致的是，消畸變透鏡(組)均設置在系統(tǒng)的出瞳 和像面6之間，且消畸變透鏡(組)靠近像面6設置。圖3所示光路中的折軸鏡3仍然 呈45°放置(即折軸鏡3的法線與主、次鏡光軸夾角為45°，主反射鏡1的光軸和次反 射鏡2的光軸是重合的)，圖4中的折軸鏡放置位置無特殊要求，以符合像面6的排布為 主。為了減小系統(tǒng)的入射角度和入射高度，該系統(tǒng)中的消畸變透鏡(組)即凹凸 (正彎月)的正透鏡和雙凹的負透鏡均采用低折射率、耐輻射的光學材料制成，如熔石英 (JGSl)，輕冕玻璃(QK1、QK2、QK3)等光學材料。由圖5可知，本發(fā)明的光學系統(tǒng)中基本不存在像散，系統(tǒng)的畸變量控制在0.01 % 以下；由圖6中可見，該光學系統(tǒng)的成像質量已經(jīng)達到衍射極限。值得注意的是，該光學系統(tǒng)尤其適合大口徑的空間相機，焦距最好是在 5000mm-15000mm,相對孔徑為1 8_1 16之間，當光學系統(tǒng)的視場角小于1.6°時， 光學系統(tǒng)的畸變量可以控制在0.01%以下，當光學系統(tǒng)的視場角大于1.6°但小于2.6° 時，光學系統(tǒng)仍然可以控制在0.05%以下，光學系統(tǒng)基本無畸變，可以滿足多光譜成 像、立體成像和大比例尺地圖測繪等對光學系統(tǒng)的需求。
權利要求
1.一種長焦距、無畸變、平像場的折軸三反光學系統(tǒng)，包括主反射鏡、設置在該主 反射鏡的反射光路上的次反射鏡、折軸鏡和第三反射鏡，其特征在于所述折軸鏡設置 在次反射鏡的反射光路上，所述第三反射鏡設置在該折軸鏡的反射光路上，在該第三反 射鏡的反射光路上設置有至少一片產生負畸變的透鏡，該透鏡距離像面的距離為f/5至 f/3，其中f為第三反射鏡的焦距。
2.根據(jù)權利要求1所述的三反光學系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡距離像面的距離為 70-90mm。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的三反光學系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡是正彎月形的正透鏡。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的三反光學系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡是兩片，順次設 置在第三反射鏡的反射光路上，且距離該第三反射鏡較近的透鏡是凹凸的正透鏡，另一 片透鏡是雙凹的負透鏡。
5.根據(jù)權利要求1所述的三反光學系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡是利用熔石英或輕 冕玻璃制成的透鏡。
6.—種長焦距、無畸變、平像場的折軸三反光學系統(tǒng)，包括主反射鏡、設置在該主 反射鏡的反射光路上的次反射鏡、折軸鏡和第三反射鏡，其特征在于所述第三反射鏡 設置在次反射鏡的反射光路上，所述折軸鏡設置在該第三反射鏡的反射光路上，在該折 軸鏡的反射光路上設置有至少一片透鏡，且該透鏡距離像面的距離為f/5至f/3，其中f為 第三反射鏡的焦距。
7.根據(jù)權利要求6所述的三反光學系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡距離像面的距離為 70-90mm。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的三反光學系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡是正彎月形的正透鏡。
9.根據(jù)權利要求6或7所述的三反光學系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡是兩片，順次設 置在折軸鏡的反射光路上，且距離該折軸鏡較近的透鏡是凹凸的正透鏡，另一片透鏡是 雙凹的負透鏡。
10.根據(jù)權利要求6所述的三反光學系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡是利用熔石英或輕 冕玻璃制成的透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種長焦距、無畸變、平像場的折軸三反光學系統(tǒng)，包括主反射鏡、設置在該主反射鏡的反射光路上的次反射鏡、折軸鏡和第三反射鏡，其中，折軸鏡設置在次反射鏡的反射光路上，第三反射鏡設置在該折軸鏡的反射光路上，在該第三反射鏡的反射光路上設置有至少一片產生負畸變的透鏡，該透鏡距離像面的距離為f/5至f/3，其中f為第三反射鏡的焦距。本發(fā)明的光學系統(tǒng)消除了畸變，能夠滿足空間相機用于多光譜成像、立體成像和大比例尺地圖測繪等對光學系統(tǒng)的需求。
文檔編號G02B17/08GK102023375SQ20091002389
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權日2009年9月11日
發(fā)明者易紅偉, 李旭陽, 李英才, 馬臻 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所