CN101303449A - 共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统 - Google Patents

Abstract

共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统，包括主镜、次镜、两片第三反射镜、两片平面折转反射镜和两个接收像面，主镜和次镜的中心同轴并作为光学系统的主光轴；视场光线经主镜、次镜反射后分成两路分别到达两片第三反射镜，然后分别经两片平面折转反射镜反射至两个接收像面。本发明系统具有大视场、大机高比、宽覆盖、可同时用于立体测绘等特点。

Description

共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统

技术领域

本发明属航天光学遥感器技术领域，涉及一种共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统。

背景技术

随着航天光学遥感器技术的迅速发展，对于遥感器系统应用水平的要求也在不断提高。

目前，离轴光学系统已经广泛应用于空间光学系统之中，主要应用形式采取单视场、小视场角的成像模式，如申请号为01132129.6，名称为《消象散三反射镜光学系统》的专利公开的一种消象散三反射镜离轴光学系统，其以第二反射镜的光轴作为系统主光轴，偏视场使用；申请号为200710044177.1，名称为《离轴三反射光学系统装调中光轴变换方法》的专利公开的装调方法中也涉及到一种三反离轴成像系统，该系统的工作原理与成像模式与前述专利相同。这两种光学系统均采用单视场成像的模式，因此工作模式单一，视场观测角度相对较小，在光学系统的应用方面存在着一定局限。

随着空间遥感技术的发展，对光学系统的观测范围及清晰度有了更高的要求。但是，现有的单视场多光学系统(无论同轴还是离轴光学系统)组合立体成像由于受到测控精度水平的限制，立体观测同步性的精度不高；而且由于视场角的限制，在观测范围上受到了一定局限；此外，现有的观测系统均由多个功能单一的分光学系统组合而成，每个独立的光学系统在受到热变形时会产生光轴的变化和内方位元素的不同变化，导致影响成像质量，而且要想做到多功能成像，就必须增加分光学系统的数量，这样会导致总体结构复杂，增加成本。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大视场、大机高比、宽覆盖、可同时用于立体测绘的共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统。

本发明的技术解决方案是：共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统，其特征在于：包括主镜、次镜、两片第三反射镜、两片平面折转反射镜和两个接收像面，主镜和次镜的中心同轴并作为光学系统的主光轴；视场光线经主镜、次镜反射后分成两路分别到达两片第三反射镜，然后分别经两片平面折转反射镜反射至两个接收像面。

所述的两片第三反射镜为从同一反射镜的两侧截取的两个不同部分。

所述反射镜的中心与主镜和次镜的中心同轴。

所述的主镜、次镜、第三反射镜的面形均为非球面。

所述的主镜、次镜、第三反射镜的材料为碳化硅，或铝，或微晶玻璃，或熔石英。

所述的接收像面为面阵或线阵CCD探测器接收面。

所述的接收像面与光学系统主光轴的距离小于第三反射镜与光学系统主光轴的距离。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、本发明采用共用同轴主、次镜的双视场离轴三反式结构，在加工装调方面有着成熟的基础，且可将三镜采取对称设置，使双视场对称，避免了在立体测绘时姿控水平和星上部分热力扰动对多系统配合的影响，从而避免了因不同载荷的热控系统的差异影响立体合成图像的质量；

2、本发明共用主、次镜，双视场相互独立，可分别用于不同的成像模式，实现双通道独立成像的功能，克服了现有技术条件下成像模式单一的弱点；

3、本发明中，接收像面相对于第三反射镜更加接近于光学系统的主光轴，可以压缩光学系统在平台中所占的空间，减小光学系统的体积；

4、若在本发明系统前端加装摆扫指向型平面镜组，可以实现双线阵视场倍增推扫，实现两倍于原视场角的区域宽覆盖成像、克服了现有光学系统视场角小的缺点；

5、本发明采用主、次镜同轴的结构，且两个第三反射镜由于出自同一镜面面形的不同位置，因此在装调方面相比于现有离轴系统简单易行；

6、通过改变镜面的面型和镜片之间的相对位置，本发明系统可实现机高比为1和入射视场角为25度观测的功能，可有效解决现有两光学系统配合所带来的诸如测控精度低、光轴易变化等问题。

附图说明

图1为本发明光学系统的组成结构与光路工作示意图；

图2为本发明摆扫指向型平面镜组的组成结构与光路工作示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统的组成结构与光路工作示意图，本光学系统包括主镜1、次镜2、两片第三反射镜3、两片平面折转反射镜4和两个接收像面5，主镜1和次镜2的中心同轴并作为光学系统的主光轴；视场光线经主镜1、次镜2反射后分成两路分别到达两片第三反射镜3，然后分别经两片平面折转反射镜4反射至两个接收像面5。两片第三反射镜3为从同一反射镜的两侧截取的两个不同部分，且该反射镜的中心与主镜1和次镜2的中心同轴。接收像面5与光学系统主光轴的距离小于第三反射镜3与光学系统主光轴的距离。

主镜1、次镜2、第三反射镜3的面形均为非球面，如主镜1和次镜2采用抛物面，第三反射镜3采用椭球面。主镜1、次镜2、第三反射镜3的材料可选择碳化硅、铝、微晶玻璃、熔石英等。接收像面5采用面阵或线阵CCD探测器接收面。

当本发明光学系统用于高精度立体观测用途时，被观测区域前侧与后侧的两束视场光线分别以对称的大视场角入射到本光学系统的主镜1的不同部分，经次镜2反射到达第三反射镜3，再经平面光路折转镜4到达接收像面5成像，从而形成两个立体像对的合成立体像。这种结构在系统观测同步性的精度和载荷高功能密度集成方面与传统采用两套相对独立的普通光学系统比较而言有着极大的优势和广泛的应用空间。

当本发明光学系统用于双通道独立成像用途时，两束不同谱段的视场光线通过主镜1、次镜2的不同部分反射后，分别按照各自的光路经第三反射镜3和平面折转反射镜4反射，最终不同谱段的视场光线成像到相应的接收像面5，实现双通道独立成像的功能。

当本光学系统用于对地宽覆盖区域扫描监视用途时，通过在光学系统前端加装摆扫指向型平面镜组，将两个视场设计为长条形面阵视场，则视场光线可以通过摆扫平面镜组入射到主镜1，两路光线按照各自的成像路径反射，最终成像于两个接收像面5。通过调整平面镜组的摆向，可实现双线阵视场倍增推扫，进行对地宽覆盖区域成像，也可加载到天基飞行器平台实现对空间目标进行跟踪和监视。

若将本发明光学系统的两个视场设计为面阵视场，则其可用于浮空器平台或静止轨道卫星上进行对地静止凝视区域成像。

摆扫指向型平面镜组如图2所示，包括两片视场信息采集镜6和两片视场光路折转镜7，视场信息采集镜6接收到视场信息后由视场光路折转镜7反射至本发明光学系统中的主镜1。

通过改变镜面的面型和镜片之间的相对位置，本发明系统可实现机高比(卫星轨道的高度和本系统视场覆盖宽度之比)为1和入射视场角(入射光线与系统主光轴的夹角)为25度观测的功能。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1、共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统，其特征在于：包括主镜(1)、次镜(2)、两片第三反射镜(3)、两片平面折转反射镜(4)和两个接收像面(5)，主镜(1)和次镜(2)的中心同轴并作为光学系统的主光轴；视场光线经主镜(1)、次镜(2)反射后分成两路分别到达两片第三反射镜(3)，然后分别经两片平面折转反射镜(4)反射至两个接收像面(5)。

2、根据权利要求1所述的共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统，其特征在于：所述的两片第三反射镜(3)为从同一反射镜的两侧截取的两个不同部分。

3、根据权利要求2所述的共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统，其特征在于：所述反射镜的中心与主镜(1)和次镜(2)的中心同轴。

4、根据权利要求1所述的共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统，其特征在于：所述的主镜(1)、次镜(2)、第三反射镜(3)的面形均为非球面。

5、根据权利要求1所述的共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统，其特征在于：所述的主镜(1)、次镜(2)、第三反射镜(3)的材料为碳化硅，或铝，或微晶玻璃，或熔石英。

6、根据权利要求1所述的共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统，其特征在于：所述的接收像面(5)为面阵或线阵CCD探测器接收面。

7、根据权利要求1所述的共用主次镜的双视场离轴三反集成式光学系统，其特征在于：所述的接收像面(5)与光学系统主光轴的距离小于第三反射镜(3)与光学系统主光轴的距离。

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