專利名稱：矩形大視場、消畸變離軸tma光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及矩形大視場、消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
同軸反射系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)的約束，視場受到一定的限制，致使觀測的畫幅太?。煌瑫r(shí)， 系統(tǒng)有中心遮攔，因而系統(tǒng)的MTF會急劇下降，影響系統(tǒng)的分辨率。離軸反射系統(tǒng)因能夠做到大視場，無遮攔，使系統(tǒng)的分辨率得到提高，同時(shí)可抑制雜光等優(yōu)點(diǎn)備受業(yè)界推崇，成為空間遙感領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。但國際上離軸三反射光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)做到大視場基本都采用長條形視場的方式，即弧矢視場較大，子午視場很小，這樣，避免了子午視場像差難于校正的問題，而真正的圓形寬視場一般不超過3°?，F(xiàn)有技術(shù)的離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)(光子學(xué)報(bào)，2006年35卷第4期P608 610)，主鏡為雙曲面，次鏡為橢球面，三鏡為扁橢球面。該光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)視場不夠大，只能達(dá)到3° 的圓視場。而且光學(xué)系統(tǒng)傳函MTF只做到了 0. 4，像散較大，畸變大于0. 5%。為了克服上述缺點(diǎn)，特設(shè)計(jì)一種可適合于較大的視場角(5° X5。)，主鏡到次鏡的距離與三鏡到次鏡的距離相同，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，并能獲得小于0. 05%的畸變和大于0. 69的傳遞函數(shù)值(MTF)的光學(xué)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)的視場小、畸變大的問題，提供矩形大視場、 消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是矩形大視場、消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)， 該光學(xué)系統(tǒng)包括入射光線、主反射鏡、次反射鏡、第三反射鏡和成像接收器，所述入射光線入射至主反射鏡，經(jīng)主反射鏡反射至次反射鏡，經(jīng)所述次反射鏡反射至第三反射鏡后被成像接收器接收；所述次反射鏡設(shè)置在系統(tǒng)孔徑光欄位置，所述主反射鏡與次反射鏡的距離和第三反射鏡與次反射鏡的距離相等，所述次反射鏡為二次非球面，主反射鏡為含十一次項(xiàng)和十五次項(xiàng)的高次非球面，第三反射鏡為含九次項(xiàng)和十五次項(xiàng)的高次非球面。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)中次反射鏡設(shè)置在系統(tǒng)孔徑光欄位置，主反射鏡與次反射鏡的距離和第三反射鏡與次反射鏡的距離相等，獲得小于0. 05%的畸變； 次反射鏡為二次非球面，主反射鏡為含十一次項(xiàng)和十五次項(xiàng)的高次非球面，第三反射鏡為含九次項(xiàng)和十五次項(xiàng)的高次非球面，可以獲得5° X5。的矩形大視場；本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，應(yīng)用方便。


圖I為本發(fā)明所述的矩形大視場、消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述的矩形大視場、消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)示意圖；圖3為本發(fā)明所述的矩形大視場、消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列示意圖4為本發(fā)明所述的矩形大視場、消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)的畸變示意圖；圖5為本發(fā)明所述的矩形大視場、消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)的波像差示意圖；圖6為本發(fā)明所述的矩形大視場、消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)的能量分布示意圖。圖中1、入射光線，2、主反射鏡，3、次反射鏡，4、第三反射鏡，5、成像接收器。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明矩形大視場、消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)，包括入射光線I、主反射鏡2、次反射鏡3、第三反射鏡4和成像接收器5，所述入射光線I入射至主反射鏡2，經(jīng)主反射鏡2反射至次反射鏡3，經(jīng)所述次反射鏡3反射至第三反射鏡4后被成像接收器5接收；所述次反射鏡3設(shè)置在系統(tǒng)孔徑光欄位置，所述主反射鏡2與次反射鏡3的距離和第三反射鏡4與次反射鏡3的距離相等，所述次反射鏡3為二次非球面，主反射鏡2為含十一次項(xiàng)和十五次項(xiàng)的高次非球面，第三反射鏡4為含九次項(xiàng)和十五次項(xiàng)的高次非球面。結(jié)合圖2至圖6，具體實(shí)施方式
如下光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求5° X5°的矩形大視場，畸變量小于0. 05%,本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)次反射鏡3為光學(xué)系統(tǒng)孔徑光欄位置，主反射鏡2和第三反射鏡4到次反射鏡3的軸向距離都為170mm，第三反射鏡4到成像接收器5的軸向距離為254. 295mm，主反射鏡2與第三反射鏡4的離軸量分別為50mm和52mm。本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如表I所示表I
技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)要求光譜波段0.4861 0.6563 Jim相對孔徑1/8視場(子午、弧矢)5。X 5。角分辨率小于 0.25mral畸變小于0.1%通光口徑cp50mm
本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所不表2
SR/mmd/mmConic非球面高次項(xiàng)系數(shù)主鏡-651.255-170-2.107-8.024X10'1, -1.979xl0'15次鏡-238.658170-1.118三鏡-370.826254.6950.4941.183xl0_9，1.225xl0'14
相對孔徑的確定系統(tǒng)相對孔徑的確定需要考慮以下因素，①受艾里斑大小及入射能量的限制，相對孔徑不能太??；②受光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸及設(shè)計(jì)難度的制約，相對孔徑也不宜于過大。計(jì)算艾里斑的物理直徑公式如式(1)，￥ = 2. 44 A Ffl(I)式中，V為艾里斑的物理直徑，入為波長，F(xiàn)s為光學(xué)系統(tǒng)相對孔徑的倒數(shù)。根據(jù)以上原則我們選Fs為8，因此，相對孔徑D/f'為1/8。系統(tǒng)焦距的確定根據(jù)相對孔徑，計(jì)算系統(tǒng)焦距為f' = 400mm。艾里斑的角直徑可以由式(2)表示
權(quán)利要求
1.矩形大視場、消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng),包括入射光線(I)、主反射鏡(2)、次反射鏡 (3)、第三反射鏡(4)和成像接收器(5)，所述入射光線(I)入射至主反射鏡(2)，經(jīng)主反射鏡(2)反射至次反射鏡(3)，經(jīng)所述次反射鏡(3)反射至第三反射鏡(4)后被成像接收器 (5)接收，其特征是，所述次反射鏡(3)設(shè)置在系統(tǒng)孔徑光欄位置，所述主反射鏡(2)與次反射鏡⑶的距離和第三反射鏡⑷與次反射鏡⑶的距離相等，所述次反射鏡⑶為二次非球面，主反射鏡(2)為含十一次項(xiàng)和十五次項(xiàng)的高次非球面，第三反射鏡(4)為含九次項(xiàng)和十五次項(xiàng)的高次非球面。
全文摘要
矩形大視場、消畸變離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)，屬于空間光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，為解決現(xiàn)有離軸TMA光學(xué)系統(tǒng)的視場小、畸變大的問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，該光學(xué)系統(tǒng)包括入射光線、主反射鏡、次反射鏡、第三反射鏡、光軸和成像接收器，所述入射光線入射至主反射鏡，經(jīng)主反射鏡反射至次反射鏡，經(jīng)所述次反射鏡反射至第三反射鏡后被成像接收器接收；所述次反射鏡設(shè)置在系統(tǒng)孔徑光欄位置，所述主反射鏡與次反射鏡的距離和第三反射鏡與次反射鏡的距離相等，所述次反射鏡為二次非球面，主反射鏡為含十一次項(xiàng)和十五次項(xiàng)的高次非球面，第三反射鏡為含九次項(xiàng)和十五次項(xiàng)的高次非球面，對大視場高分辨率成像光譜儀以及目標(biāo)仿真模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了借鑒和實(shí)用參考價(jià)值。
文檔編號G02B13/18GK102590993SQ201210079058
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者任建軍, 趙文才, 馬軍 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所