專利名稱：大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種適合空間環(huán)境的用于航天非合作目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)中的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
空間光學(xué)系統(tǒng)的空間分辨率與光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)孔徑有關(guān)，分辨特性與光學(xué)系統(tǒng)成像光譜范圍有關(guān)，現(xiàn)代航天光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)孔徑和成像光譜范圍的要求越來越高，希望相對(duì)孔徑盡可能大，成像光譜范圍盡可能寬，同時(shí)希望可以獲得較大的視場(chǎng)，以便探測(cè)更大范圍的目標(biāo)。對(duì)于大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)于透射結(jié)構(gòu)形式，由于變量多，透射結(jié)構(gòu)形式比較容易實(shí)現(xiàn)大相對(duì)孔徑、寬光譜、大視場(chǎng)、高像質(zhì)的要求。但在空間應(yīng)用中，由于受到透射玻璃材料折射率穩(wěn)定性、材料均勻性、材料物理特性等方面的特性限制，在真空中光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)材料折射率絕對(duì)值發(fā)生變化，會(huì)引起光學(xué)系統(tǒng)光程改變，影響系統(tǒng)成像性能。此外，空間光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境溫度和氣壓變化的要求也很高，對(duì)于空間透射結(jié)構(gòu)形式的光學(xué)系統(tǒng)，不易實(shí)現(xiàn)這些特殊要求。反射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)元件全部為反射面，不受材料的色像差影響，其可成像光譜范圍寬，從紫外、可見光、紅外、近紅外等光譜區(qū)均可使用，不存在色差，反射光學(xué)元件反射率高于透鏡的透射率。綜合考慮光學(xué)系統(tǒng)雜光抑制能力、光線遮擋、成像質(zhì)量和總體的要求等方面。本文提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊、成像質(zhì)量?jī)?yōu)良的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，可應(yīng)用于航天空間非合作目標(biāo)探測(cè)相機(jī)中。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決現(xiàn)有大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)制備雜光雜光抑制能力差、整機(jī)系統(tǒng)笨重、加工檢測(cè)困難、裝調(diào)難度大的問題，提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊、雜光抑制能力強(qiáng)、光線遮擋小、成像質(zhì)量好的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)反射式光學(xué)系統(tǒng)，包含一個(gè)三個(gè)帶曲率的反射鏡和一個(gè)平面反射鏡，其中帶曲率的反射鏡均為二次曲面，加工檢測(cè)容易，工程可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)。本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下:該大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，沿反射鏡位置從左至右依次包括第二反射鏡、第一反射鏡、第四反射鏡和第三反射鏡，沿其光軸方向依次為第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡，所述第一反射鏡、第三反射鏡和第四反射鏡中心均設(shè)置有用于反射光通過的通孔；所述第一反射鏡通孔的直徑小于第二反射鏡的外徑，第四反射鏡的通孔小于等于第一反射鏡的通孔，第三反射鏡的通孔小于等于第四反射鏡的通孔。上述第一反射鏡、第二反射鏡和第四反射鏡為帶有曲率的反射鏡。上述第三反射鏡為平面反射鏡。[0011]上述第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡的光焦度依次為負(fù)、負(fù)、
IK、IK o上述第一反射鏡、第二反射鏡和第四反射鏡的非球面類型均為二次曲面，對(duì)于第一反射鏡:1.6f < R1 < 2.2f，對(duì)于第二反射鏡:0.12f < R2 < 0.86f，對(duì)于第四反射鏡:-0.82f < R4 < -0.49f，其中f為光學(xué)系統(tǒng)的焦距，R1、R2、R4為第一反射鏡、第二反射鏡、第四反射鏡的曲率半徑。上述第一反射鏡和第四反射鏡之間設(shè)置有一次相面。上述第一反射鏡和第四反射鏡是一體件。上述第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡均為鈦合金反射鏡。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:1、本發(fā)明中的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件都是反射鏡，沒有色差，成像質(zhì)量對(duì)環(huán)境溫度變化不敏感。2、本發(fā)明中的光學(xué)系統(tǒng)的成像光譜范圍寬，為400 llOOnm，可得到較寬的光譜特性。3、本發(fā)明中的光學(xué)系統(tǒng)的擁有一次像面,雜光抑制能力強(qiáng)。4、本發(fā)明中的光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)孔徑較大，為1/2.5。5、本發(fā)明中的光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)角較大，為2.5°。6、本發(fā)明中的光學(xué)系統(tǒng)的反射鏡均使用鈦合金，整機(jī)系統(tǒng)輕。7、本發(fā)明中的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，有利于整機(jī)系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)。8、本發(fā)明中的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量?jī)?yōu)良，成像質(zhì)量接近衍射極限。

圖1為本發(fā)明所提供的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所提供的光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)示意圖。附圖明細(xì)如下:1-第一反射鏡；2_第二反射鏡；3_第三反射鏡；4_第四反射鏡；5-相面。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參見圖1，本發(fā)明提供了一種大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)沿光路方向依次包括第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡和像面，沿反射鏡位置從左至右依次包括第二反射鏡、第一反射鏡、第四反射鏡、第三反射鏡和相面。為了減小本光學(xué)系統(tǒng)中的反射鏡加工檢測(cè)難度，本發(fā)明中主鏡(第一反射鏡)和次鏡(第二反射鏡和第四反射鏡)均采用二次曲面面型，其中主鏡和次鏡均為橢球面，而第三反射鏡為平面反射鏡；同時(shí)，根據(jù)實(shí)際工作情況考慮，由于第一反射鏡和第四反射鏡的反射面相對(duì)，且相鄰，故二者可加工為一體件。為了提高本光學(xué)系統(tǒng)的雜光抑制能量，本發(fā)明中設(shè)置了一次像面，一次像面位于主鏡和第四反射鏡之間，有利于遮光結(jié)構(gòu)設(shè)備的安裝。[0032]為了提高本光學(xué)系統(tǒng)的探測(cè)性能，本發(fā)明中使用TD1-C⑶圖像傳感器，像元尺寸為lOymXlOym。為了減小本光學(xué)系統(tǒng)的整機(jī)系統(tǒng)尺寸，本發(fā)明中合理平衡了各光學(xué)元件的光焦度分布。該發(fā)明可應(yīng)用在空間環(huán)境航天非合作目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)中的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明在具體工作時(shí)，可以參考以下參數(shù)對(duì)第一負(fù)折射鏡、第二正折射鏡以及第四負(fù)折射鏡進(jìn)行配置，使其達(dá)到效果會(huì)更好。對(duì)于第一反射鏡:1.6f < R1 < 2.2f，對(duì)于第二反射鏡:0.12f < R2 < 0.86f，對(duì)于第四反射鏡:-0.82f < R4 < -0.49f，其中f 為光學(xué)系統(tǒng)的焦距，H R4為第一反射鏡、第二反射鏡、第四反射鏡的曲率半徑。對(duì)本實(shí)施例中的深一種大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)采用調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)評(píng)價(jià)手段進(jìn)行測(cè)評(píng)。表I給出了空間頻率501p/mm處各個(gè)視場(chǎng)子午方向的傳函和弧矢方向的具體傳函值，可知兩個(gè)方向的數(shù)值都接近衍射極限，系統(tǒng)成像優(yōu)良。表1501p/mm各視場(chǎng)的調(diào)制傳遞函數(shù)數(shù)值
權(quán)利要求1.一種大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:沿反射鏡位置從左至右依次包括第二反射鏡、第一反射鏡、第四反射鏡和第三反射鏡，沿其光軸方向依次為第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡，所述第一反射鏡、第三反射鏡和第四反射鏡中心均設(shè)置有用于反射光通過的通孔；所述第一反射鏡通孔的直徑小于第二反射鏡的外徑，第四反射鏡的通孔小于等于第一反射鏡的通孔，第三反射鏡的通孔小于等于第四反射鏡的通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一反射鏡、第二反射鏡和第四反射鏡為帶有曲率的反射鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第三反射鏡為平面反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡的光焦度依次為負(fù)、負(fù)、正、正。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一反射鏡、第二反射鏡和第四反射鏡的非球面類型均為二次曲面，對(duì)于第一反射鏡:1.6f < R1 < 2.2f，對(duì)于第二反射鏡:0.12f < R2 < 0.86f，對(duì)于第四反射鏡:-0.82f < R4<-0.496其中￡為光學(xué)系統(tǒng)的焦距，1 1、1 2、1 4為第一反射鏡、第二反射鏡、第四反射鏡的曲率半徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一反射鏡和第四反射鏡之間設(shè)置有一次相面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一反射鏡和第四反射鏡是一體件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡均為鈦合金反射鏡。
專利摘要一種大相對(duì)孔徑寬光譜較大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，沿反射鏡位置從左至右依次包括第二反射鏡、第一反射鏡、第四反射鏡和第三反射鏡，沿其光軸方向依次為第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡，所述第一反射鏡、第三反射鏡和第四反射鏡中心均設(shè)置有用于反射光通過的通孔；所述第一反射鏡通孔的直徑小于第二反射鏡的外徑，第四反射鏡的通孔小于等于第一反射鏡的通孔，第三反射鏡的通孔小于等于第四反射鏡的通孔。
文檔編號(hào)G02B17/06GK203054331SQ201220504838
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者王虎, 劉杰, 薛要克, 劉美瑩, 劉陽, 張潔, 林上民 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所