CN102590994A - 大视场共轴球面四反射光学系统 - Google Patents

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常军
魏阿满
曹娇
张利飞
欧阳姣
李�荣
沈本兰
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Abstract

本发明涉及一种大视场共轴球面四反射光学系统，属于光学仪器技术领域。该系统包含共轴球面四反射成像系统和探测器像面。系统采用光焦度为负的球面反射镜与光焦度为正的球面反射镜组成反摄远型结构来扩大视场，并另外加入两个球面反射镜进行像差校正。本发明系统成像质量好、结构简单、加工简单，可达到较大视场(x方向18°，y方向8°)，可广泛适用于紫外、可见光与红外多波段成像领域。

Description

大视场共轴球面四反射光学系统
技术领域
本发明属于光学仪器技术领域，涉及一种大视场共轴球面四反射光学系统，特别适用于紫外、可见光与红外多波段成像。
背景技术
反射式成像光学系统跟传统的透射式光学系统相比较，具有重量轻、大口径、结构简单等特点，能对无限远物体清晰成像，在航空航天探测方面有着广泛的应用。但目前现有的大视场反射系统仍有较多的问题：共轴的反射系统视场较小，不能满足空间光学系统大口径大视场的需求；离轴的反射系统虽然视场较大，但加工装调比较困难，不利于系统的安装使用。
国内与本发明相似的专利为CN200810018151.4，该系统拥有x方向11.6°、y方向1°的视场，视场相对较小，难以满足对视场更大的要求。
为解决以上问题，本发明特设计一种共轴球面四反射光学系统，采用四个共轴的球面进行全反射成像，可适于较大视场(x方向18°，y方向8°)，系统结构简单、长度较短，并可以达到衍射极限的调制传递函数(MTF)值。
发明内容
本发明的目的是探测器要求大视场的条件下，现有的共轴反射系统视场较小、离轴式的反射光学系统加工装调困难，提出一种新的共轴球面四反射光学成像系统。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
如附图1所示，大视场共轴球面四反射光学系统包括：光焦度为负的球面反射镜(1)、光焦度为正的球面反射镜(2)、球面反射镜(3)、球面反射镜(4)和探测器像面(5)；在光的传播方向上，各光学元件按顺序依次排列。
其中，光焦度为负的球面反射镜(1)是凸的球面反射镜，光焦度为正的球面反射镜(2)是凹的球面反射镜，光焦度为负的球面反射镜(1)与光焦度为正的球面反射镜(2)组成反摄远结构来扩大视场，球面反射镜(3)与球面反射镜(4)用来校正像差。其中光焦度为负的球面反射镜(1)位于光焦度为正的球面反射镜(2)与球面反射镜(3)之间。
本发明具体设计方法如下：
1.采用光焦度为负的球面反射镜(1)作为第一面反射镜，对入射的光进行发散，再利用光焦度为正的球面反射镜(2)作为第二面反射镜，对光焦度为负的球面反射镜(1)反射过来的光束进行会聚。球面反射镜(1)与球面反射镜(2)的组合形成一个反摄远型物镜的形式，拥有了较大视场(x方向18°，y方向8°)。
2.为了使系统的成像质量更高，又加入了球面反射镜(3)与球面反射镜(4)。球面反射镜(3)与球面反射镜(4)的加入使系统有了更多的变量来校正像差，系统最终的成像质量较高，MTF值达到了衍射极限。
3.为了减小系统的加工装调难度，本发明采用的四个反射镜均为球面，且为球心共轴系统，使加工装调成本降低。
4.合理安排结构，减少系统长度，将光焦度为负的球面反射镜(1)位于光焦度为正的球面反射镜(2)与球面反射镜(3)之间，并将球面反射镜(4)置于光焦度为负的球面反射镜(1)之前。
通过以上的设计方法，本发明的一种共轴球面四反射光学系统可适于较大视场的成像(x方向18°，y方向8°)，系统结构简单、长度较短，并且MTF值达到衍射极限。
本发明的工作原理：无穷远目标发射的光依次经过光焦度为负的球面反射镜(1)、光焦度为正的球面反射镜(2)、球面反射镜(3)、球面反射镜(4)和探测器像面(5)得到最后的像。
有益效果
本发明具有以下显著优点：本发明采用了光焦度为负的球面反射镜(1)与光焦度为正的球面反射镜(2)组成反摄远结构来扩大视场，并使用球面反射镜(3)、球面反射镜(4)进行像质补偿。系统拥有较大市场，且像质较高，MTF值达到衍射极限。因为采用了反射形式，系统没有色差。所以本发明特别适用于紫外、可见光与红外多波段成像。
附图说明
图1是不同视场下光线走向示意图；
图2是已有技术的结构示意图；
图1中，1-光焦度为负的球面反射镜、2-光焦度为正的球面反射镜、3-球面反射镜、4-球面反射镜、5-探测器像面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例如图1所示，本发明将主要应用于紫外、可见光与红外多波段成像。可广泛应用于观测与搜索等领域中。
如图1所示，本发明的一种大视场共轴球面四反射光学系统包括：光焦度为负的球面反射镜(1)、光焦度为正的球面反射镜(2)、球面反射镜(3)、球面反射镜(4)和探测器像面(5)；在光的传播方向上，各光学元件按顺序依次排列。
实施例中，无穷远目标发射的光依次经过以上各光学元件后照射到探测器元件上，得到最后的像。
实施例中，光焦度为负的球面反射镜(1)是凸的球面反射镜，光焦度为正的球面反射镜(2)是凹的球面反射镜，光焦度为负的球面反射镜(1)与光焦度为正的球面反射镜(2)组成反摄远型结构来扩大视场，球面反射镜(3)与球面反射镜(4)用来校正像差。
实施例中，采用的光焦度为负的球面反射镜(1)与光焦度为正的球面反射镜(2)的组合形成反摄远型结构，并加入了球面反射镜(3)与球面反射镜(4)，主要有如下优点：
1.系统的前端采用反摄远结构，可以加大视场，并加入了后续的球面反射镜(3)与球面反射镜(4)，使系统在视场变大的同时保证了像质，使成像质量达到衍射极限。
2.系统四个反射镜全部采用球面结构，加工简单，且系统四个反射镜的球心共轴，相比于离轴系统降低了装调难度。
3.结构安排合理，将光焦度为负的球面反射镜(1)位于光焦度为正的球面反射镜(2)与球面反射镜(3)之间，并将球面反射镜(4)置于光焦度为负的球面反射镜(1)之前，减少了系统长度。

Claims (3)

1.本发明的一种大视场共轴球面四反射光学系统，其特征在于：光焦度为负的球面反射镜(1)、光焦度为正的球面反射镜(2)、球面反射镜(3)、球面反射镜(4)和探测器像面(5)；在光的传播方向上，各光学元件按顺序依次排列。
2.根据权利要求1所述的一种大视场共轴球面四反射光学系统，其特征在于：光焦度为负的球面反射镜(1)是凸的球面反射镜，光焦度为正的球面反射镜(2)是凹的球面反射镜，光焦度为负的球面反射镜(1)与光焦度为正的球面反射镜(2)组成反摄远结构来扩大视场，球面反射镜(3)与球面反射镜(4)用来校正像差；其中光焦度为负的球面反射镜(1)位于光焦度为正的球面反射镜(2)与球面反射镜(3)之间。
3.根据权利要求1所述的一种大视场共轴球面四反射光学系统，其特征在于：
1)、本发明采用的四个反射镜均为球面，采用光焦度为负的球面反射镜(1)作为第一面反射镜，对入射的光进行发散，再利用光焦度为正的球面反射镜(2)作为第二面反射镜，对光焦度为负的球面反射镜(1)反射过来的光束进行会聚；球面反射镜(1)与球面反射镜(2)的组合形成一个反摄远型物镜的形式，拥有了较大视场(x方向18°，y方向8°)；
2)、为了使系统的成像质量更高，又加入了球面反射镜(3)与球面反射镜(4)；球面反射镜(3)与球面反射镜(4)的加入使系统有了更多的变量来校正像差，系统最终的成像质量较高，MTF值达到了衍射极限；
3)、为了减小系统的加工装调难度，本发明采用的四个反射镜均为球面，且为球心共轴系统，使加工装调成本降低；
4)、合理安排结构，减少系统长度，将光焦度为负的球面反射镜(1)位于光焦度为正的球面反射镜(2)与球面反射镜(3)之间，并将球面反射镜(4)置于光焦度为负的球面反射镜(1)的前面。 
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