CN102087407A - 超大视场偏轴全反射式光学系统 - Google Patents

超大视场偏轴全反射式光学系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102087407A
CN102087407A CN 201010613570 CN201010613570A CN102087407A CN 102087407 A CN102087407 A CN 102087407A CN 201010613570 CN201010613570 CN 201010613570 CN 201010613570 A CN201010613570 A CN 201010613570A CN 102087407 A CN102087407 A CN 102087407A
Authority
CN
China
Prior art keywords
catoptron
reflector
optical system
field
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201010613570
Other languages
English (en)
Other versions
CN102087407B (zh
Inventor
张新
王灵杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN 201010613570 priority Critical patent/CN102087407B/zh
Publication of CN102087407A publication Critical patent/CN102087407A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102087407B publication Critical patent/CN102087407B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

超大视场偏轴全反射式光学系统，涉及空间光学技术领域，它解决现有全反射式光学系统的成像视场角小且系统的成像畸变低的问题，本发明装置为：所述孔径光阑与第二反射镜重合，所述第一反射镜和第三反射镜的光焦度为负的球面反射镜，第二反射镜和第四反射镜的光焦度为正的球面反射镜；所述第一反射镜与第二反射镜的反射面相对排列，第二反射镜与第三反射镜的反射面相对排列，第三反射镜与第四反射镜的反射面相对排列；第四反射镜与探测器的像面相对排列。采用本发明所述光学系统的相机，视场超大、畸变小、无遮拦、杂光系数小、传递函数高，同时它还可以实现多光谱成像。本发明装置应用在航空、航天光电成像领域。

Description

超大视场偏轴全反射式光学系统
技术领域
本发明涉及空间光学技术领域，具体涉及空间光学中的一种偏轴反射式空间对地遥感相机的光学系统。
背景技术
本发明是以多光谱列阵光电探测器作为成像接收器的超大视场、偏轴、全反射式、多光谱成像空间相机光学系统，在航空及航天空间对地侦察、遥感、探测等领域获得高清晰度照片，可广泛应用于众多成像遥感领域。
目前采用的离轴三反射式光学系统的相机，视场容限有限，目前国内最大的离轴三反射式光学系统视场为17°。另外现有的离轴反射式系统成像畸变过大，系统所成图像变形严重，影响空间相机的使用范围。已有技术存在成像视场不够大的缺陷，目前国内专利中显示的技术只能到20°。
发明内容
本发明为解决现有全反射式光学系统的成像视场角小且系统的成像畸变大的间题，提供一种超大视场偏轴全反射式光学系统。
超大视场偏轴全反射式光学系统，该光学系统包括第一反射镜、第二反射镜、孔径光阑、第三反射镜、第四反射镜和探测器像面；所述目标经第一反射镜反射后入射至第二反射镜，经过第二反射镜反射后入射至第三反射镜，经过第三反射镜(反射后入射至第四反射镜，经第四反射镜反射后入射至探测器像面；所述孔径光阑位置与第二反射镜的位置重合，所述第一反射镜和第三反射镜的光焦度为负的球面反射镜，第二反射镜和第四反射镜的光焦度为正的球面反射镜；
所述第一反射镜与第二反射镜的反射面相对排列，第二反射镜与第三反射镜的反射面相对排列，第三反射镜与第四反射镜的反射面相对排列；第四反射镜与探测器像面相对排列。
本发明的工作原理：本发明为使超大视场范围内的目标能清晰成像在探测器像面上，采用了偏轴全反射式系统结构，采用四个反射镜，四个反射镜的光轴与系统光轴均不重合，本光学系统按xyz右手空间坐标系有序排列，z轴方向定为光轴方向，x轴垂直于yz平面，yz坐标平面为光学系统的子午面，每经过一个反射镜系统光轴发生一次偏折，反射镜及光阑的排列顺序为：第一反射镜，第二反射镜，孔径光阑与第二反射镜重合，第三反射镜，第四反射镜和探测器像面。
本发明通过合理分配四个反射镜的光焦度，采用负-正-负-正的光焦度分配方案，同时四个反射镜及探测器的像面均采用偏轴布置，系统优化自由度包括：5个偏轴角、3个反射镜间隔、4个曲率半径，共11个。偏轴角的放开对于系统轴外像差的平衡贡献非常大。系统的偏轴角布置如表1。
表1
  反射镜序号   偏轴角
  第一反射镜   -13°
  第二反射镜   +8.993°
  第三反射镜   -12.054°
  第四反射镜   4°
  探测器像面   3.209°
本发明的有益效果：本发明所述的光学系统可实现超大视场成像，视场角达到62°。系统布局紧凑，成像畸变低，适合于多光谱探测器。且系统具备体积较小，结构简单，重量轻，成像传函高的特点。本发明系统采用准远心光路设计，使得多光谱窄带滤光片带来的波带漂移减小。本发明可以同时实现红、绿、蓝和近红外谱段成像。系统在Y方向的视场容限足够大，可以允许进行多光谱探测器拼接来扩大系统的成像幅宽。
附图说明
图1为本发明所述的超大视场偏轴全反射式光学系统的结构示意图；
图2为本发明所述的超大视场偏轴全反射式光学系统中反射镜位置关系示意图。
图中：1、第一反射镜，2、第二反射镜，3、孔径光阑，4、第三反射镜，5、第四反射镜，6、探测器像面。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，超大视场偏轴全反射式光学系统，该光学系统包括第一反射镜1、第二反射镜2、孔径光阑3、第三反射镜4、第四反射镜5和探测器像面6；所述目标经第一反射镜1反射后入射至第二反射镜2，经过第二反射镜2反射后入射至第三反射镜4，经过第三反射镜4反射后入射至第四反射镜5，经第四反射镜5反射后入射至探测器像面6；所述孔径光阑3的位置与第二反射镜2的位置重合，所述第一反射镜1和第三反射镜4的光焦度为负的球面反射镜，第二反射镜2和第四反射镜5的光焦度为正的球面反射镜；
所述第一反射镜1与第二反射镜2的反射面相对排列，第二反射镜2与第三反射镜4的反射面相对排列，第三反射镜4与第四反射镜5的反射面相对排列；第四反射镜5与探测器像面6相对排列。
本实施方式所述第一反射镜1和第二反射镜2的中心距离、第二反射镜2和第三反射镜4的中心距离、第三反射镜4和第四反射镜5的中心距离的比例为1∶1∶1.4；所述的第一反射镜1、第二反射镜2、第三反射镜4和第四反射镜5为偏轴球面反射镜；所述第一反射镜1、第二反射镜2、第三反射镜4和第四反射镜5的材质均采用碳化硅材料；也可以选用高比刚度、接近零膨胀的、热畸变较小的替代材料，如微晶等。
本发明所述的四个反射镜的中心都在yz平面上，x坐标均为零，但与传统离轴TMA系统不同，各反射镜中心不在同一线上，即同面不同线。孔径光阑3的位置和第二面次反射镜4的位置重合。各反射镜在y方向的具体位置由镜面与光轴的夹角和反射镜中心间隔决定，结合图式，经过公式推导，存在如下的光轴转换关系，如公式(1)；
Y12＝S12·tan2α(1)
其中，Y12为第二反射镜4在Y方向的坐标，第一反射镜1与光轴的焦点为原点；
S12为第一反射镜1和第二反射镜4的中心间隔；
α为光轴与第一反射镜1法线的夹角。
本发明所述的各反射镜之间间距设计合理，可以很好的抑制杂光。系统使用反射镜法线偏轴设计，四个反射镜均采用偏轴设计，使入射光束之光轴发生折转，系统优化自由度得到增加，利于实现超大视场成像；四个反射镜的光焦度分配合理，成像视场为62°，光学系统成像畸变低。系统Y方向成像视场大，可以实现多光谱成像。目标通过四块反射镜后成像在列阵光电成像探测器上，从而得到目标的数字图像。本发明系统可以同时实现红、绿、蓝和近红外谱段成像。本发明所述系统适合作为小卫星上用的大视场多光谱相机的光学系统。应用领域包括空间侦察、空间观测等。

Claims (4)

1.超大视场偏轴全反射式光学系统，该光学系统包括第一反射镜(1)、第二反射镜(2)、孔径光阑(3)、第三反射镜(4)、第四反射镜(5)和探测器像面(6)；所述目标经第一反射镜(1)反射后入射至第二反射镜(2)，经过第二反射镜(2)反射后入射至第三反射镜(4)，经过第三反射镜(4)反射后入射至第四反射镜(5)，经第四反射镜(5)反射后入射至探测器像面(6)；其特征是，所述孔径光阑(3)的位置与第二反射镜(2)的位置重合，所述第一反射镜(1)和第三反射镜(4)的光焦度为负的球面反射镜，第二反射镜(2)和第四反射镜(5)的光焦度为正的球面反射镜；
所述第一反射镜(1)与第二反射镜(2)的反射面相对排列，第二反射镜(2)与第三反射镜(4)的反射面相对排列，第三反射镜(4)与第四反射镜(5)的反射面相对排列；第四反射镜(5)与探测器像面(6)相对排列。
2.根据权利要求1所述的超大视场偏轴全反射式光学系统，其特征在于，所述第一反射镜(1)和第二反射镜(2)的中心距离、第二反射镜(2)和第三反射镜(4)的中心距离、第三反射镜(4)和第四反射镜(5)的中心距离的比例为1∶1∶1.4。
3.根据权利要求1所述的超大视场偏轴全反射式光学系统，其特征在于，所述第一反射镜(1)、第二反射镜(2)、第三反射镜(4)和第四反射镜(5)为偏轴球面反射镜。
4.根据权利要求1所述的超大视场偏轴全反射式光学系统，其特征在于，所述第一反射镜(1)、第二反射镜(2)、第三反射镜(4)和第四反射镜(5)的材质采用碳化硅或微晶材料。
CN 201010613570 2010-12-30 2010-12-30 超大视场偏轴全反射式光学系统 Active CN102087407B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010613570 CN102087407B (zh) 2010-12-30 2010-12-30 超大视场偏轴全反射式光学系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010613570 CN102087407B (zh) 2010-12-30 2010-12-30 超大视场偏轴全反射式光学系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102087407A true CN102087407A (zh) 2011-06-08
CN102087407B CN102087407B (zh) 2012-12-12

Family

ID=44099280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010613570 Active CN102087407B (zh) 2010-12-30 2010-12-30 超大视场偏轴全反射式光学系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102087407B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103226236A (zh) * 2013-04-19 2013-07-31 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 大视场球面三反射镜光学系统
CN103592749A (zh) * 2013-10-22 2014-02-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 自由曲面成像光学系统
CN103760668A (zh) * 2014-02-21 2014-04-30 哈尔滨工业大学 大口径长焦距连续扫描成像光学系统
CN105866936A (zh) * 2016-06-02 2016-08-17 长光卫星技术有限公司 一种机载超广角全球面反射式光学系统
CN106546339A (zh) * 2016-12-09 2017-03-29 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种大视场极光成像仪以及大视场宽幅成像探测方法
CN108873566A (zh) * 2018-06-15 2018-11-23 北京空间机电研究所 一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法
CN108983420A (zh) * 2018-09-26 2018-12-11 中国科学院光电技术研究所 一种基于离轴四反射镜的衍射望远镜光学系统设计方法
CN109557647A (zh) * 2018-12-25 2019-04-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种自由曲面光学系统
WO2023124008A1 (zh) * 2021-12-28 2023-07-06 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种二维大视场成像平面对称自由曲面光学系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4804258A (en) * 1986-05-05 1989-02-14 Hughes Aircraft Company Four mirror afocal wide field of view optical system
US5550672A (en) * 1994-05-23 1996-08-27 Hughes Electronics Off-axis three-mirror anastignat having corrector mirror
US20040264006A1 (en) * 2003-06-30 2004-12-30 Koshi Hatakeyama Image-formation optical system and optical apparatus
EP1772761A1 (en) * 2005-10-05 2007-04-11 EADS Astrium GmbH Ultra-wide field multiple-mirror apparatus
CN101088039A (zh) * 2004-12-23 2007-12-12 卡尔·蔡司Smt股份公司 具有暗化光瞳的大孔径物镜
CN101576648A (zh) * 2008-05-08 2009-11-11 中国科学院西安光学精密机械研究所 共轴四反光学系统
DE102008027518B3 (de) * 2008-06-10 2010-03-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Spiegelobjektiv
CN101750725A (zh) * 2008-12-17 2010-06-23 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种用于平行光管的反射光学系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4804258A (en) * 1986-05-05 1989-02-14 Hughes Aircraft Company Four mirror afocal wide field of view optical system
US5550672A (en) * 1994-05-23 1996-08-27 Hughes Electronics Off-axis three-mirror anastignat having corrector mirror
US20040264006A1 (en) * 2003-06-30 2004-12-30 Koshi Hatakeyama Image-formation optical system and optical apparatus
CN101088039A (zh) * 2004-12-23 2007-12-12 卡尔·蔡司Smt股份公司 具有暗化光瞳的大孔径物镜
EP1772761A1 (en) * 2005-10-05 2007-04-11 EADS Astrium GmbH Ultra-wide field multiple-mirror apparatus
CN101576648A (zh) * 2008-05-08 2009-11-11 中国科学院西安光学精密机械研究所 共轴四反光学系统
DE102008027518B3 (de) * 2008-06-10 2010-03-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Spiegelobjektiv
CN101750725A (zh) * 2008-12-17 2010-06-23 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种用于平行光管的反射光学系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《光学技术》 20090920 何红星等 多视场离轴全反射式光学系统 , 第05期 2 *
《红外与激光工程》 20070425 张亮等 大视场、长焦距离轴三反射镜光学系统的设计 , 第02期 2 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103226236A (zh) * 2013-04-19 2013-07-31 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 大视场球面三反射镜光学系统
CN103592749A (zh) * 2013-10-22 2014-02-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 自由曲面成像光学系统
CN103760668A (zh) * 2014-02-21 2014-04-30 哈尔滨工业大学 大口径长焦距连续扫描成像光学系统
CN103760668B (zh) * 2014-02-21 2015-12-09 哈尔滨工业大学 大口径长焦距连续扫描成像光学系统
CN105866936A (zh) * 2016-06-02 2016-08-17 长光卫星技术有限公司 一种机载超广角全球面反射式光学系统
CN105866936B (zh) * 2016-06-02 2018-07-13 长光卫星技术有限公司 一种机载超广角全球面反射式光学系统
CN106546339A (zh) * 2016-12-09 2017-03-29 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种大视场极光成像仪以及大视场宽幅成像探测方法
CN108873566A (zh) * 2018-06-15 2018-11-23 北京空间机电研究所 一种偏视场微光相机遮光罩的设计方法
CN108983420A (zh) * 2018-09-26 2018-12-11 中国科学院光电技术研究所 一种基于离轴四反射镜的衍射望远镜光学系统设计方法
CN108983420B (zh) * 2018-09-26 2020-12-22 中国科学院光电技术研究所 一种基于离轴四反射镜的衍射望远镜光学系统设计方法
CN109557647A (zh) * 2018-12-25 2019-04-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种自由曲面光学系统
WO2023124008A1 (zh) * 2021-12-28 2023-07-06 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种二维大视场成像平面对称自由曲面光学系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN102087407B (zh) 2012-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102087407B (zh) 超大视场偏轴全反射式光学系统
CN103592749B (zh) 自由曲面成像光学系统
CN105259647B (zh) 大视场同离轴一体三反式空间光学系统
CN106383401B (zh) 一种超宽视场离轴三反射镜光学成像系统
CN105511075A (zh) 一种大视场摆扫二维像移补偿双通道成像仪光学系统
CN104898261A (zh) 自由曲面离轴三反光学系统
CN106199938A (zh) 一种大视场离轴三反光学系统
CN109917535B (zh) 制冷型紧凑无遮拦自由曲面光学系统
CN105204148B (zh) 一种无二次遮拦面视场同轴三反望远物镜
CN100576012C (zh) 一种紫外月球敏感器的光学系统
CN105334607A (zh) 一种无遮拦纯反射光学系统
CN103048045A (zh) 消谱线弯曲长波红外平面光栅成像光谱系统
CN106094186A (zh) 一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统
CN104977705A (zh) 大视场离轴反射变焦光学系统
CN103309019A (zh) 紫外多波段全景成像仪光学系统
CN101697031B (zh) 宽谱段、高分辨率变焦距三反射式光学系统
CN103226236A (zh) 大视场球面三反射镜光学系统
CN108732734A (zh) 基于自由曲面的快焦比反射式长波红外取景器光学系统
CN102279047A (zh) 一种15°视场远心三个反射镜同轴的成像系统
CN103969815A (zh) 轻小型长焦距消畸变同轴全反射空间相机光学系统
CN102253480B (zh) 一种大口径大视场小焦比折反光学系统
CN206224041U (zh) 一种超宽视场离轴三反射镜光学系统
CN109239897A (zh) 一种离轴三反无焦光学系统
CN102087408A (zh) 一种大视场、超低畸变、多光谱三反射式光学系统
CN205003352U (zh) 一种无二次遮拦面视场同轴三反望远物镜

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant