專利名稱：超短距全反射光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光電探測、識別成像光學技術領域中的一種小體積、輕型超短距全反射球面光學系統(tǒng)。
背景技術：
以光電探測器作為成像接收器的具有高分辨率、寬譜段的長焦距、小體積、輕型空間光學系統(tǒng)，在航空航天的空間偵察、空間觀測中，能獲得位于無窮遠目標的高清晰度照片，在安防監(jiān)控等領域有很大的應用前景。目前空間反射光學系統(tǒng)多采用雙反射或者三反射光學系統(tǒng)。傳統(tǒng)的雙反射系統(tǒng)最多只能校正兩種像差，而基于雙反射的折反射式光學系統(tǒng)又存在鏡筒較長的缺點，因此在長焦距的情況下無法滿足小體積輕型化的要求。普通的共軸三反射空間光學系統(tǒng)，不可避免地存在著較大的遮攔，因而對傳遞函數(shù)(MTF)有著較大的影響，很難獲得比較高的MTF; 而離軸的三反射光學系統(tǒng)，往往存在著成像位置不佳，設計機構復雜，裝調(diào)難度較大，結構隨視場角度增大而急劇增大，從而增加系統(tǒng)重量等問題。在國內(nèi)已有技術中，與本發(fā)明最為接近的是專利CN101576648A，如圖1所示該系統(tǒng)由四面反射鏡組成，是共軸四反射鏡光學系統(tǒng)。此光學系統(tǒng)為大視場光學系統(tǒng)，不能滿足空間光學系統(tǒng)長焦距小體積輕型化的要求。為了克服上述缺點，特設計一種，長焦距，小體積，輕型化，主次鏡面型易加工和檢測，系統(tǒng)的結構簡單，并能獲得比較高的MTF的空間光學系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是在獲得長焦距的條件下，縮短鏡筒的長度，滿足系統(tǒng)小型化的要求。系統(tǒng)鏡面面型易加工和檢測，且系統(tǒng)的成像質(zhì)量良好，MTF較高。解決技術問題的技術方案是光學系統(tǒng)采用同軸全反射系統(tǒng)結構形式，主次鏡均為球面，主鏡反射鏡的光軸和次鏡反射鏡的光軸重合，且為系統(tǒng)的光軸。本發(fā)明的詳細內(nèi)容如圖2所示，是由主球面反射鏡1，第二面次球面反射鏡2，孔徑光欄3和探測器像面4組成的。本光學系統(tǒng)按x、y、z右手空間坐標系有序排列，ζ軸方向定為光軸方向，y軸在圖示3平面內(nèi)，χ軸垂直于yz平面，yz坐標平面為光學系統(tǒng)的子午面。第一面主球面反射鏡 1，第二面次球面反射鏡2，探測器像面4的光軸和系統(tǒng)的光軸重合，在光的傳播方向上依次排列。第一面主反射鏡1是一個光焦度為正的球面反射鏡，第二面次反射鏡2是一個光焦度為負的球面反射鏡。第一面主球面反射鏡1和第二面次球面反射鏡2的反射面相對安排，第二面次球面反射鏡2沿ζ軸方向到探測器像面4的距離是系統(tǒng)焦距的0. 1倍；兩塊鏡子的中心都在 yz平面上(χ坐標均為零)，各鏡面在y方向的位置由鏡面通光孔徑及視場偏置角決定?？讖焦鈾?和第二面次球面反射鏡2的位置重合。本發(fā)明的工作原理為了使遠距離物體能成像在探測器像面4上，采用了同軸全反射式球面光學系統(tǒng)的結構，第一面主球面反射鏡1的光焦度為正，第二面次球面反射鏡2 的光焦度為負，無窮遠的目標經(jīng)過第一面主球面反射鏡1后照射到第二面次球面反射鏡2， 經(jīng)過第二面次球面反射鏡2后，再次照射到第一面主球面反射鏡1上，最后經(jīng)由第二面次球面反射鏡2第二次反射到探測器元件4上，得到最后的像。有益效果本光學系統(tǒng)焦距可達15000mm，總長度為1500mm，僅為系統(tǒng)焦距的0. 1
倍，是一個超短距全反射球面光學系統(tǒng)，滿足空間光學系統(tǒng)體積小，重量輕的要求。系統(tǒng)采用同軸結構形式，便于系統(tǒng)整體支撐和裝調(diào)，主次鏡均為球面，面型易加工和檢測。系統(tǒng)成像質(zhì)量好，結構簡單，特別適合作為機載設備上用的高分辨力輕型相機的全譜段光學系統(tǒng)， 應用在空間偵察、空間觀測等領域，還可應用在光學檢測設備上。


圖1是已有技術的結構示意圖；圖2是本發(fā)明的結構示意圖；圖中，1-主球面反射鏡、2-次球面反射鏡，3-孔徑光闌，4-探測器像面。圖3是本發(fā)明采用的坐標系示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明本發(fā)明按圖2所示的結構實施，其詳細內(nèi)容如圖2所示，系統(tǒng)由主反射鏡1，第二面次反射鏡2，孔徑光欄3，和探測器像面4組成。主、次反射鏡1、2均為球面，材質(zhì)均采用碳化硅或適用于空間的高比剛度、接近零膨脹的、熱畸變較小的替代材料，如ULE、ZER0D0。探測器像面4采用CCD探測器或其它列陣探測器。本光學系統(tǒng)按x、y、z右手空間坐標系有序排列，ζ軸方向定為光軸方向，y軸在圖示3平面內(nèi)，χ軸垂直于yz平面，yz坐標平面為光學系統(tǒng)的子午面。各個鏡子的光軸和系統(tǒng)的光軸重合，在光的傳播方向上，依次排列光焦度為正的球面反射鏡1，光焦度為負的球面反射鏡2，和球面次反射鏡2重合的孔徑光欄3，探測器像面4。第一面主球面反射鏡1和第二面次球面反射鏡2的反射面相對安排，第二面次球面反射鏡2與探測器像面4相對安排；且第二面次反射鏡2沿ζ軸方向到探測器像面的距離是系統(tǒng)焦距的0. 1倍。主次鏡的中心都在yz平面上(χ坐標均為零)，各鏡面在y方向的位置由鏡面通光孔徑及視場偏置角決定。孔徑光欄3和第二面次反射鏡2的位置重合。系統(tǒng)的主次鏡均采用球面，面型易加工和檢測。光線在主次鏡上都經(jīng)過二次反射， 縮小了鏡筒長度，滿足了空間光學系統(tǒng)長焦距，小體積，輕型化的要求。系統(tǒng)成像質(zhì)量好，結構簡單，特別適合作為機載設備上用的高分辨力輕型相機的全譜段光學系統(tǒng)，應用在空間偵察、空間觀測等領域，還可應用在光學檢測設備上。
權利要求
1.一種超短距全反射光學系統(tǒng)，其特征在于主次鏡均為球面的高分辨率、小體積寬譜段的超短距兩鏡四反射式光學系統(tǒng)，包括第一面主球面反射鏡1，第二面次球面反射鏡 2，孔徑光欄3，和探測器像面4。反射光束分別兩次經(jīng)過主次鏡的反射，在保證成像質(zhì)量的前提下，極大的減小了鏡筒的長度，縮小了系統(tǒng)的體積。本光學系統(tǒng)按χ、y、ζ右手空間坐標系有序排列，ζ軸方向定義為光軸方向，y軸在圖示3平面內(nèi)，χ軸垂直于yz平面，yz坐標平面為光學系統(tǒng)的子午面。第一面主球面反射鏡1，第二面次球面反射鏡2，探測器像面 4的光軸和系統(tǒng)的光軸重合，在光的傳播方向上依次排列。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種超短距全反射光學系統(tǒng)，其特征在于第一面主反射鏡 1是一個光焦度為正的球面反射鏡，第二面次反射鏡2是一個光焦度為負的球面反射鏡，孔徑光欄3和第二面次反射鏡2的位置重合。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種超短距全反射光學系統(tǒng)，其特征在于第一面主球面反射鏡1和第二面次球面反射鏡2的反射面相對安排，第二面次球面反射鏡2與探測器像面4 相對安排；且第二面次球面反射鏡2沿ζ軸方向到探測器像面的距離是系統(tǒng)焦距的0. 1倍。 主次鏡的中心都在yz平面上(χ坐標均為零)，各鏡面在y方向的位置由鏡面通光孔徑及視場偏置角決定。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電探測、識別成像光學技術領域中的一種小體積、輕型超短距全反射球面光學系統(tǒng)。系統(tǒng)由主球面反射鏡，第二球面次反射鏡，孔徑光欄和探測器像面組成的。系統(tǒng)結構簡單，體積小，有較高的MTF。系統(tǒng)焦距為15000mm，鏡筒長為1500mm，是系統(tǒng)焦距的0.1倍，滿足空間光學系統(tǒng)長焦距，小體積，輕型化的要求。系統(tǒng)的主次鏡均采用球面，面型易加工和檢測，成本較低。采用同軸全反射系統(tǒng)結構形式，成像質(zhì)量好，結構簡單，特別適合作為機載設備上用的高分辨力輕型相機的全譜段光學系統(tǒng)，應用在空間偵察、空間觀測等領域，還可應用在光學檢測設備上。
文檔編號G02B7/182GK102313974SQ20111026286
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權日2011年9月7日
發(fā)明者常軍, 張利飛, 歐陽姣 申請人:北京理工大學