大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統技術方案

本發明專利技術涉及一種大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，該光學系統包括第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、像面依次設置于同一光路上；本發明專利技術提供了一種適用范圍廣、可實現大相對孔徑、寬光譜、較大視場的反射式光學系統，該系統接近成像質量接近衍射極限，整機系統結構輕小、易于加工檢測等優點，可應用于空間非合作目標探測相機中。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光電
，涉及一種大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，尤其涉及一種適合空間環境的用于航天非合作目標探測系統中的大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統。
技術介紹
空間光學系統的空間分辨率與光學系統相對孔徑有關，分辨特性與光學系統成像光譜范圍有關，現代航天光學系統對光學系統相對孔徑和成像光譜范圍的要求越來越高，希望相對孔徑盡可能大，成像光譜范圍盡可能寬，同時希望可以獲得較大的視場，以便探測 更大范圍的目標。對于大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，對于透射結構形式，由于變量多，透射結構形式比較容易實現大相對孔徑、寬光譜、大視場、高像質的要求。但在空間應用中，由于受到透射玻璃材料折射率穩定性、材料均勻性、材料物理特性等方面的特性限制，在真空中光學系統中光學材料折射率絕對值發生變化，會引起光學系統光程改變，影響系統成像性能，此外，空間光學系統對于環境溫度和氣壓變化的要求也很高，對于空間透射結構形式的光學系統，不易實現這些特殊要求。反射系統結構形式的光學系統中光學元件全部為反射面，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、近紅外等光譜區均可使用，不存在色差，反射光學元件反射率高于透鏡的透射率。綜合考慮光學系統雜光抑制能力、光線遮擋、成像質量和總體的要求等方面。本文提出了一種結構緊湊、成像質量優良的大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，可應用于航天空間非合作目標探測相機中。
技術實現思路
本專利技術為解決現有大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統制備雜光雜光抑制能力差、整機系統笨重、加工檢測困難、裝調難度大的問題，提出了一種結構緊湊、雜光抑制能力強、光線遮擋小、成像質量好的大相對孔徑寬光譜較大視場反射式光學系統，包含一個三個帶曲率的反射鏡和一個平面反射鏡，其中帶曲率的反射鏡均為二次曲面，加工檢測容易，工程可實現性強。本專利技術的具體技術解決方案如下該大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，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。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、負、IK、IK ο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，對于第一反射鏡I. 6 ^<2. 2f\，對于第二反射鏡0. 12f〈R2〈0. 86f1;對于第四反射鏡-0. 82f〈R4〈-0. 49f，其中f為光學系統的焦距，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。 本專利技術的優點是I、本專利技術中的光學系統的光學元件都是反射鏡，沒有色差，成像質量對環境溫度變化不敏感。2、本專利技術中的光學系統的成像光譜范圍寬，為400 llOOnm，可得到較寬的光譜特性。3、本專利技術中的光學系統的擁有一次像面,雜光抑制能力強。4、本專利技術中的光學系統的相對孔徑較大，為1/2.5。5、本專利技術中的光學系統的視場角較大，為2. 5°。6、本專利技術中的光學系統的反射鏡均使用鈦合金，整機系統輕。7、本專利技術中的光學系統的結構緊湊，有利于整機系統的小型化設計。8、本專利技術中的大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統的成像質量優良，成像質量接近衍射極限。附圖說明圖I為本專利技術所提供的光學系統結構示意圖；圖2為本專利技術所提供的光學系統調制傳遞函數(MTF)示意圖。附圖明細如下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。具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本專利技術作進一步說明。參見圖1，本專利技術提供了一種大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，該光學系統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。為了減小本光學系統中的反射鏡加工檢測難度，本專利技術中主鏡(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，根據實際工作情況考慮，由于第一反射鏡和第四反射鏡的反射面相對，且相鄰，故二者可加工為一體件。為了提高本光學系統的雜光抑制能量，本專利技術中設置了一次像面，一次像面位于主鏡和第四反射鏡之間，有利于遮光結構設備的安裝。為了提高本光學系統的探測性能，本專利技術中使用TDI-C⑶圖像傳感器，像元尺寸為ΙΟμπιΧΙΟμπι。為了減小本光學系統的整機系統尺寸，本專利技術中合理平衡了各光學元件的光焦度分布。該專利技術可應用在空間環境航天非合作目標探測系統中的大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統。本專利技術在具體工作時，可以參考以下參數對第一負折射鏡、第二正折射鏡以及第四負折射鏡進行配置，使其達到效果會更好。對于第一反射鏡1. 6 ^<2. 2f\，對于第二反射鏡0. 12f〈R2〈0. 86f\，對于第四反射鏡-0. 82f〈R4〈-0. 49f，在上述各反射鏡的參數關系中，其中f為光學系統的焦距，R1^ R2、R4為第一反射鏡、第二反射鏡、第四反射鏡的曲率半徑。對本實施例中的深一種大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統采用調制傳遞函數(MTF)評價手段進行測評。表I給出了空間頻率501p/mm處各個視場子午方向的傳函和弧矢方向的具體傳函值，可知兩個方向的數值都接近衍射極限，系統成像優良。 表1501p/mm各視場的調制傳遞函數數值權利要求1.一種大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，其特征在于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.根據權利要求I所述的大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，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.根據權利要求2所述的大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，其特征在于所述第三反射鏡為平面反射鏡。4.根據權利要求3所述的大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，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、負、正、正。5.根據權利要求4所述的大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，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，對于第一反射鏡I. 6 ^<2. 2f\，對于第二反射鏡0. 12f〈R2〈0. 86f\，對于第四反射鏡:-0. 82f〈R4〈_0. 49f，其中f為光學系統的焦距，Rp R2、R4為第一反射鏡、第二反射鏡、第本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大相對孔徑寬光譜較大視場光學系統，其特征在于：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。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王虎，劉杰，薛要克，劉美瑩，劉陽，張潔，林上民，
申請(專利權)人：中國科學院西安光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：