CN102128680B - 三个反射镜同轴视场角10°的远心离轴三反镜成像系统 - Google Patents
三个反射镜同轴视场角10°的远心离轴三反镜成像系统 Download PDFInfo
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Abstract
三个反射镜同轴视场角10°的远心离轴三反镜成像系统，属于空间光学技术领域中涉及的一种远心离轴三反镜成像系统。要解决的技术问题是：提供一种三个反射镜同轴视场角为10°的远心离轴三反镜成像系统。解决的技术方案：包括主镜、次镜、三镜和孔径光阑，四者同轴；次镜放置在主镜的反射光路上，三镜放置在次镜的反射光路上，孔径光阑放置在次镜前镜面边缘处；为了实现像方远心，孔径光阑到三镜的距离是三镜顶点曲率半径长度的一半；为了实现10°的宽视场，次镜采用凸球面镜，主镜和三镜都采用凹二次曲面镜；次镜到三镜的距离大于系统像方焦距长度的一半。该系统为同轴结构，可获得丰富的地面资源信息量，加工和装调难度小。
Description
技术领域
本发明属于空间光学技术领域中涉及的一种用于多光谱成像仪和成像光谱仪前置光学成像系统的远心离轴三反镜成像系统。
背景技术
成像光谱仪将光学成像系统和光谱分光系统有机结合，能够同时获取目标的空间特征和光谱特征，实现对目标特性的综合探测与识别，是一种高空间分辨率和高光谱分辨率的瞄准式光学遥感器，应用领域非常广泛。
离轴三反镜系统具有结构简单、无遮拦、宽视场、无色差、像质好、结构紧凑等特点，可实现高分辨率和高能量利用率，被越来越多应用于航天遥感器。成像光谱仪要求成像系统远心，因此，采用远心离轴三反镜成像系统。
与本发明最为接近的已有技术，是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在先申请的国防发明专利，申请号为200910125577.4，发明名称为“视场角为10°的远心离轴三反镜成像系统”，如图1所示，包括主镜1、次镜2、三镜3和孔径光阑4，其主镜1为凹双曲面镜，次镜2为凸球面镜，三镜3为凹椭球面镜，孔径光阑4放置在次镜2上，孔径光阑4到三镜3的距离是三镜3顶点曲率半径长度的一半，5为成像系统的像面。该系统存在的主要问题是：主镜1和次镜2在系统中带有偏心和倾斜，加工、装调难度较大。
发明内容
为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于：在保证远心、平像场和衍射极限调制传递函数的前提下，降低离轴三反镜成像系统的加工和装调难度，特设计一种三个反射镜同轴的远心离轴三反镜成像系统。
本发明要解决的技术问题是：提供一种三个反射镜同轴视场角为10°的远心离轴三反镜成像系统。解决技术问题的技术方案如图2所示：包括主镜6、次镜7、三镜8和孔径光阑9，主镜6、次镜7、三镜8和孔径光阑9四者同轴；次镜7放置在主镜6的反射光路上，三镜8放置在次镜7的反射光路上，孔径光阑9放置在次镜7前镜面边缘处；设离轴三反镜成像系统的相关结构参数：f′为远心离轴三反镜成像系统的像方焦距，R1、R2和R3分别为主镜6反射面、次镜7反射面和三镜8反射面的顶点曲率半径，d1、d2和d3分别为主镜6到次镜7、次镜7到三镜8和三镜8到像面10的距离；为了实现像方远心，孔径光阑9到三镜8的距离是三镜8顶点曲率半径长度的一半，即d2＝|R3|/2；为了实现10°的宽视场，次镜7采用凸球面镜，主镜6和三镜8都采用凹二次曲面镜；次镜7到三镜8的距离d2大于系统像方焦距长度的一半，即d2＞|f′|/2。
工作原理说明：主镜6将10°视场角内的辐射接收并且反射到次镜7上，10°宽视场辐射依次经次镜7和三镜8的反射，在像面10上形成地面景物10°宽视场的远心影像。由于次镜7采用凸球面镜，主镜6和三镜8都采用凹二次曲面镜，且主镜6、次镜7和三镜8同轴，这种近似对称的排列结构容易校正系统象差，使得成像系统成像质量在至少10°视场达到衍射极限。
本发明的积极效果：本发明提供的三个反射镜同轴的远心离轴三反镜成像系统视场角达到10°以上，保证了多光谱成像仪、成像光谱仪对地观测的画幅宽度，可获得丰富的地面资源信息量；成像系统为同轴结构，大大降低了系统加工和装调难度。选择合适的次镜7到三镜8的距离d2，可使主镜6和三镜8的位置相对接近甚至重合，这样就能够将主镜6反射面和三镜8反射面设计加工在同一块基底材料上，从而进一步降低了离轴三反镜成像系统加工的复杂性，使远心离轴三反镜成像系统的装调更加容易。
附图说明
图1是已有技术的结构示意图；
图2是本发明的远心离轴三反镜成像系统结构示意图。
具体实施方式
本发明按图2所示的结构实施。其中，选取像方焦距f′＝-720mm，相对孔径D/F＝1/4，视场离轴角为8°，主镜6反射面的顶点曲率半径R1＝-1883.90274mm，次镜7反射面的顶点曲率半径R2＝-562.66767mm，三镜8反射面的顶点曲率半径R3＝-800mm，主镜6到次镜7的距离d1＝-418.64505mm，次镜7到三镜8的距离d2＝400mm，三镜8到像面10的距离d3＝-662.81345mm，主镜6反射面的二次曲面系数e1 2＝3.09831，次镜7反射面的二次曲面系数e2 2＝0，三镜8反射面的二次曲面系数e3 2＝-0.18228，这样可以得到较理想的三个反射镜同轴视场角为10°的远心离轴三反镜成像系统。
Claims (1)
1.三个反射镜同轴视场角10°的远心离轴三反镜成像系统，包括主镜(6)、次镜(7)、三镜(8)和孔径光阑(9)；其特征在于主镜(6)、次镜(7)、三镜(8)和孔径光阑(9)四者同轴，次镜(7)放置在主镜(6)的反射光路上，三镜(8)放置在次镜(7)的反射光路上，孔径光阑(9)放置在次镜(7)前镜面边缘处；该离轴三反镜成像系统的相关结构参数为：f′为远心离轴三反镜成像系统的像方焦距，R1、R2和R3分别为主镜(6)反射面、次镜(7)反射面和三镜(8)反射面的顶点曲率半径，d1、d2和d3分别为主镜(6)到次镜(7)、次镜(7)到三镜(8)和三镜(8)到像面(10)的距离；孔径光阑(9)到三镜(8)的距离是三镜(8)顶点曲率半径长度的一半，即d2＝|R3|/2，次镜(7)采用凸球面镜，主镜(6)和三镜(8)都采用凹二次曲面镜，次镜(7)到三镜(8)的距离d2大于系统像方焦距长度的一半，即d2＞|f′|/2。
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