CN107144949A - 一种无焦系统及空间光学仪器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种无焦系统及空间光学仪器，包括第一离轴反射镜和第二离轴反射镜；第一离轴反射镜的焦点与第二离轴反射镜的焦点重合，第一离轴反射镜的焦距大于第二离轴反射镜的焦距；还包括折转反射镜，其中第一离轴反射镜，用于将入射平行光进行反射、汇聚后射入至折转反射镜上；折转反射镜，用于将光束反射至第二离轴反射镜上；折转反射镜所在位置与第一离轴反射镜的焦点相差预设距离，预设距离大于零；第二离轴反射镜，用于将光束进行反射并准直，得到反射平行光。本发明在使用的过程中实现了在无遮拦的情况下压缩光束口径，同时减小了系统的体积，提高空间利用率和使用的灵活度。

Description

一种无焦系统及空间光学仪器

技术领域

本发明实施例涉及空间光学技术领域，特别是涉及一种无焦系统。本发明实施例还涉及一种空间光学仪器。

背景技术

空间光学仪器已经广泛应用于国土勘测、城市普查、军事国防等领域，近年来随着遥感勘测技术的不断进步，用户对分辨率等要求不断提高。以一般来说，光学系统的焦距越长，分辨率越高，光学系统的口径、重量和体积也会越大，而光学系统的大小决定着空间光学仪器的体积重量、制造和发射。因此，光学系统的小型化成为当前研究的热点之一。

无焦系统在空间光学领域有着广泛的应用，其最主要的目的就是压缩光路，以实现后继光学元件或系统的小型化，进而减小空间光学仪器的体积和重量。

现有技术中的无焦系统如图1所示，其中M1和M2是两个离轴凹抛物面反射镜，并且这两个离轴凹抛物面反射镜的位置是对应的，即当M1的位置确定时，M2的位置也就确定了，虽然在一定程度上实现了压缩光路的目的，但是由于M1和M2的位置关系不灵活，从而造成现有的无焦系统具有空间利用率较低、体积较大以及使用不灵活的缺点。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的无焦系统及空间光学仪器成为本领域的技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种无焦系统，在使用过程中可以通过调节折转反射镜的角度来调节第二离轴反射镜相对于第一离轴反射镜的位置，使其空间位置折叠化，以进一步减小系统的体积，提高空间利用率和使用的灵活度；本发明实施例的另一目的是提供一种包括上述无焦系统的空间光学仪器，在使用的过程中具有使用灵活，空间利用率高和体积较小的优点。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种无焦系统，应用于空间光学仪器，包括第一离轴反射镜和第二离轴反射镜；所述第一离轴反射镜的焦点与所述第二离轴反射镜的焦点重合，所述第一离轴反射镜的焦距大于所述第二离轴反射镜的焦距；还包括折转反射镜，其中：

所述第一离轴反射镜，用于将入射平行光反射、汇聚后射入至所述折转反射镜上；

所述折转反射镜，用于将光束反射至所述第二离轴反射镜上；所述折转反射镜所在位置与所述第一离轴反射镜的焦点相差预设距离，所述预设距离大于零；

所述第二离轴反射镜，用于将光束进行反射并准直，得到反射平行光。

可选的，所述第一离轴反射镜为第一离轴凹抛物面反射镜，和/或所述第二离轴反射镜为第二离轴凹抛物面反射镜。

可选的，所述折转反射镜为平面反射镜。

可选的，所述折转反射镜球面反射镜或非球面反射镜。

可选的，如上述所述的无焦系统，所述第一离轴凹抛物面反射镜的焦距为所述第二离轴凹抛物面反射镜的焦距的2倍。

可选的，所述折转反射镜位于所述焦点的第一离轴反射镜侧。

可选的，所述折转反射镜位于所述焦点的第二离轴反射镜侧。

可选的，所述第一离轴凹抛物面反射镜和/或所述第二离轴凹抛物面反射镜的材质为SiC。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种空间光学仪器，包括上述所述的无焦系统。

本发明实施例提供了一种无焦系统，包括第一离轴反射镜和第二离轴反射镜；第一离轴反射镜的焦点与第二离轴反射镜的焦点重合，第一离轴反射镜的焦距大于第二离轴反射镜的焦距；还包括折转反射镜，其中：第一离轴反射镜，用于将入射平行光进行反射、汇聚后射入至折转反射镜上；折转反射镜，用于将光束反射至第二离轴反射镜上；折转反射镜所在位置与第一离轴反射镜的焦点相差预设距离，预设距离大于零；第二离轴反射镜，用于将光束进行反射并准直，得到反射平行光。

可见，本发明实施例通过第一离轴反射镜将入射平行光进行反射后使光束汇聚至第一离轴反射镜和第二离轴反射镜的共同焦点处，并且使反射后的光束射入至折转反射镜上，折转反射镜将光束进行反射后射入至第二离轴反射镜，再由第二离轴反射镜将光束进行准直后反射出去，从而得到反射平行光。由折转反射镜反射后的光束与入射至折转反射镜的光束的方向可以由折转反射镜的角度进行确定，由于第一离轴反射镜的焦距大于第二离轴反射镜的焦距，所以反射平行光的光束宽度小于入射平行光的光束宽度，又由于折转反射镜所在位置与第一离轴反射镜的焦点相差预设距离，且预设距离大于零，所以本发明实施例可以在无遮拦的情况下达到压缩光束口径的目的。因此，本发明在使用的过程中实现了在无遮拦的情况下压缩光束口径，同时可以通过调节折转反射镜的角度来调节第二离轴反射镜相对于第一离轴反射镜的位置，使其空间位置折叠化，以进一步减小系统的体积，提高空间利用率和使用的灵活度。

本发明实施例还提供了一种空间光学仪器，在使用的过程中具有使用灵活，空间利用率高和体积较小的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的无焦系统；

图2为本发明实施例提供的一种无焦系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种无焦系统，在使用过程中可以通过调节折转反射镜的角度来调节第二离轴反射镜相对于第一离轴反射镜的位置，使其空间位置折叠化，以进一步减小系统的体积，提高空间利用率和使用的灵活度；本发明实施例还提供了一种包括上述无焦系统的空间光学仪器，在使用的过程中具有使用灵活，空间利用率高和体积较小的优点。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种无焦系统的结构示意图。

该无焦系统应用于空间光学仪器，包括第一离轴反射镜1和第二离轴反射镜2；第一离轴反射镜1的焦点与第二离轴反射镜2的焦点重合，第一离轴反射镜1的焦距大于第二离轴反射镜2的焦距；还包括折转反射镜3，其中：

第一离轴反射镜1，用于将入平行射光进行反射、汇聚后射入至折转反射镜3上；

折转反射镜3，用于将光束反射至所第二离轴反射镜上；折转反射镜3所在位置与第一离轴反射镜1的焦点相差预设距离，预设距离大于零；

第二离轴反射镜2，用于将光束进行反射并准直，得到反射平行光。

需要说明的是，入射平行光入射至第一离轴反射镜1上，第一离轴反射镜1将该入射平行光反射出去，经第一离轴反射镜1反射后的光束焦于第一离轴反射镜1和第二离轴反射镜2的焦点上(因第一离轴反射镜1和第二离轴反射镜2的焦点重合)，经第一离轴反射镜1反射后的光束射入至折转反射镜3上，再经折转反射镜3反射后射入至第二离轴反射镜2上，第二离轴反射镜2再将光束准直并反射出去，最后经第二离轴反射镜2反射后得到的光束为反射平行光，其中，折转反射镜3放置的角度决定了光束在折转反射镜3上的反射角的大小，即决定了光束经折转反射镜3反射后的传播。又因为，入射平行光的光束口径与反射平行光的光束口径的比值等于第一离轴反射镜1的焦距与第二离轴反射镜2的焦距的比值，所以本发明实施例中的第一离轴反射镜1的焦距大于第二离轴反射镜2的焦距，以使入射平行光的光束口径要比反射平行光的光束口径大，从而使入射平行光经本发明实施例所提供的无焦系统后其光束口径变小，进一步可以实现后继光学元件或系统的小型化。

可见，折转反射镜3的放置角度决定了经折转反射镜3反射后的光路的方向，进而决定了第二离轴反射镜2与第一离轴反射镜1的空间位置。在实际应用中，可以根据实际需要通过调整折转反射镜3的放置角度使第二离轴反射镜2相对于第一离轴反射镜1在空间的位置也相应的发生变化，在实际应用中提高了无焦系统使用的灵活性。另外，通过折转反射镜3实现光路在空间传播方向的变化，可以进一步实现第一离轴反射镜1和第二离轴反射镜2的空间位置的折叠化，使其与现有技术中可以产生同样光束口径压缩比的无焦系统相比，可以使系统的体积更小型化。

本发明实施例提供了一种无焦系统，包括第一离轴反射镜和第二离轴反射镜；第一离轴反射镜的焦点与第二离轴反射镜的焦点重合，第一离轴反射镜的焦距大于第二离轴反射镜的焦距；还包括折转反射镜，其中：第一离轴反射镜，用于将入射平行光进行反射、汇聚后射入至折转反射镜上；折转反射镜，用于将光束反射至第二离轴反射镜上；折转反射镜所在位置与第一离轴反射镜的焦点相差预设距离；第二离轴反射镜，用于将光束进行反射并准直，得到反射平行光。

可见，本发明实施例通过第一离轴反射镜将入射平行光进行反射后使光束汇聚至第一离轴反射镜和第二离轴反射镜的共同焦点处，并且使反射后的光束射入至折转反射镜上，折转反射镜将光束进行反射后射入至第二离轴反射镜，再由第二离轴反射镜将光束进行准直后反射出去，从而得到反射平行光。由折转反射镜反射后的光束与入射至折转反射镜的光束的方向可以由折转反射镜的角度进行确定，由于第一离轴反射镜的焦距大于第二离轴反射镜的焦距，所以反射平行光的光束宽度小于入射平行光的光束宽度，又由于折转反射镜所在位置与第一离轴反射镜的焦点相差预设距离，且预设距离大于零，所以本发明实施例可以在无遮拦的情况下达到压缩光束口径的目的。因此，本发明在使用的过程中实现了在无遮拦的情况下压缩光束口径，同时可以通过调节折转反射镜的角度来调节第二离轴反射镜相对于第一离轴反射镜的位置，使其空间位置折叠化，以进一步减小系统的体积，提高空间利用率和使用的灵活度。

本发明实施例提供了一种无焦系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。在上述实施例的基础上：

在上一实施例中，第一离轴反射镜1为第一离轴凹抛物面反射镜，和/或第二离轴反射镜2为第二离轴凹抛物面反射镜。

需要说明的是，在实际应用中第一离轴反射镜1和/或第二离轴反射镜2中的均可以采用离轴凹抛物面反射镜，当然也不仅限于采用离轴凹抛物面反射镜，还可以采用其他的离轴光学反射镜实现本发明实施例的目的，例如采用多个光学器件组成的离轴反射镜组，本发明实施例对此不做特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。

进一步，折转反射镜3为平面反射镜。

具体的，折转反射镜3可以采用平面反射镜，当然，不仅限于采用平面反射镜，也可以采用其他的反射镜，本发明实施例对此不做特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。

另外，折转反射镜3为球面反射镜或非球面反射镜。

需要说明的是，由于入射平行光可能不是理想状态的平行光，故存在一定的发散角，从而可能导致存在一定的相差，因此本发明实施例中优选的可以选择球面反射镜或非球面反射镜作为折转反射镜，从而可以在一定程度上达到校正相差的目的。

更具体的，如上述的无焦系统，第一离轴凹抛物面反射镜的焦距为第二离轴凹抛物面反射镜的焦距的2倍。

当然，本发明实施例中第一离轴凹抛物面反射镜的焦距不仅限于为第二离轴凹抛物面反射镜的焦距的2倍，第一离轴凹抛物面反射镜的焦距和第二离轴凹抛物面反射镜的焦距的比值具体可以根据实际情况进行确定，本发明实施例对此不做特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。

可选的，折转反射镜3位于焦点的第一离轴反射镜1侧。

可选的，折转反射镜3位于焦点的第二离轴反射镜2侧。

另外，折转反射镜3的具体位置应与第一离轴反射镜1(第一离轴凹抛物面反射镜)和第二离轴反射镜2(第二离轴凹抛物面反射镜)的焦点相距预设距离，也就是在预设距离内不会发生中心遮挡即可。具体的折转反射镜3可以位于逆光路方向远离焦点的一侧，也就是靠近第一离轴反射镜1侧的位置，且满足与焦点相距预设距离，此时可以在经折转反射镜3反射后的光束汇聚之前将该光束反射出去；当然，折转反射镜还可以位于沿光路方向远离焦点的一侧，也就是靠近第二离轴反射镜2侧的位置，当然仍需要满足与焦点相距预设距离，此时是将经折转反射镜3反射后的光束汇聚于焦点之后又发散出去的光束进行反射。

需要说明的是，折转反射镜3不能离焦点的距离太大，也就是预设距离不能太大，否则会造成遮挡现象的出现，从而导致能量利用率下将，因此，折转反射镜3与焦点之间的距离，可以根据实际情况而定，预设距离的具体数值也可以根据实际情况而定，本发明实施例对此不做特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。

可选的，第一离轴凹抛物面反射镜和/或第二离轴凹抛物面反射镜的材质为SiC。

可以理解的是，为了使本发明实施例中所提供的无焦系统的重量较轻，所以本发明实施例中的第一离轴凹抛物面反射镜和第二离轴凹抛物面反射镜一般采用密度小，刚度好的材料制作而成，具体的第一离轴凹抛物面反射镜和/或第二离轴凹抛物面反射镜的材质可以选择采用SiC制作而成。当然，第一离轴凹抛物面反射镜和/或第二离轴凹抛物面反射镜的材质不仅限于为SiC，也可以是其他的材质，例如微晶、铍铝合金等。

另外，在实际应用中具体采用哪种材质制作而成的第一离轴凹抛物面反射镜和第二离轴凹抛物面反射镜，本发明实施例对此不做特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种空间光学仪器，包括上述的无焦系统。

需要说明的是，由于本发明实施例中的无焦系统在使用的过程中可以通过调节折转反射镜的角度来调节第二离轴反射镜相对于第一离轴反射镜的位置，使其空间位置折叠化，以进一步减小系统的体积，提高空间利用率和使用的灵活度，所以本发明实施例中的空间光学仪器在使用的过程中也具有使用灵活，空间利用率高、体积和重量较小的优点。

另外，对于本发明实施例中所涉及的无焦系统的具体介绍，请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种无焦系统，应用于空间光学仪器，包括第一离轴反射镜和第二离轴反射镜；所述第一离轴反射镜的焦点与所述第二离轴反射镜的焦点重合，所述第一离轴反射镜的焦距大于所述第二离轴反射镜的焦距；其特征在于，还包括折转反射镜，其中：

所述第一离轴反射镜，用于将入射平行光反射、汇聚后射入至所述折转反射镜上；所述折转反射镜，用于将光束反射至所述第二离轴反射镜上；所述折转反射镜所在位置与所述第一离轴反射镜的焦点相差预设距离，所述预设距离大于零；

所述第二离轴反射镜，用于将光束进行反射并准直，得到反射平行光。

2.根据权利要求1所述的无焦系统，其特征在于，所述第一离轴反射镜为第一离轴凹抛物面反射镜，和/或所述第二离轴反射镜为第二离轴凹抛物面反射镜。

3.根据权利要求2所述的无焦系统，其特征在于，所述折转反射镜为平面反射镜。

4.根据权利要求2所述的无焦系统，其特征在于，所述折转反射镜球面反射镜或非球面反射镜。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的无焦系统，其特征在于，所述第一离轴凹抛物面反射镜的焦距为所述第二离轴凹抛物面反射镜的焦距的2倍。

6.根据权利要求5所述的无焦系统，其特征在于，所述折转反射镜位于所述焦点的第一离轴反射镜侧。

7.根据权利要求5所述的无焦系统，其特征在于，所述折转反射镜位于所述焦点的第二离轴反射镜侧。

8.根据权利要求5所述的无焦系统，其特征在于，所述第一离轴凹抛物面反射镜和/或所述第二离轴凹抛物面反射镜的材质为SiC。

9.一种空间光学仪器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的无焦系统。