CN107850770B - 具有宽视场的反射式望远镜 - Google Patents

Abstract

公开了为望远镜系统提供更宽的FOV的系统和方法。在一个实施例中，望远镜包括具有孔的主反射镜，其中光路源自位于主反射镜前方的物体并且从主反射镜反射出来。次反射镜邻近主反射镜布置，其中光路从次反射镜反射并穿过主反射镜中的孔。望远镜包括沿着光路布置的扩展光学像场校正器组，该扩展光学像场校正器被定位为反射从次反射镜入射的光，其中该扩展光学像场校正器组包括两个校正器反射镜。沿着光路并且与扩展光学像场校正器相邻布置的第三反射镜，该第三反射镜被定位为反射从扩展光学像场校正器入射的光。

Description

具有宽视场的反射式望远镜

相关申请的相互参考

本申请要求2015年3月27日提交的名称为“具有宽视场的反射望远镜”的第62/139484号美国临时专利申请的优先权，其公开的内容通过引用的方式全部并入本文。

背景技术

天基望远镜应用于国防工业和商业航天工业等各种行业。当天基望远镜观察和/或测量地球表面时，其绕地球轨道运行。

尽管在天基望远镜领域取得了进展，但是本领域中与宽视场望远镜相关的方法和系统仍需改进。

发明内容

本发明涉及天基成像系统，特别涉及具有宽视场(FOV)的天基望远镜系统。本发明具有更广泛的适用性，并且也适用于陆基成像系统和望远镜。

本发明的实施例涉及为望远镜系统提供更宽的FOV的系统和方法。在一个实施例中，该系统包括具有多个反射镜的无焦望远镜。多个反射镜包括一组光学像场校正器，其目的是将光学像差减小到允许实现宽视场的必要程度，其被定位为反射从次反射镜入射的光。入射光在被一组扩展的光学像场校正器反射之前，可能穿过主反射镜中的孔。本发明可同时广泛适用于天基和陆基的商业航天系统和军事侦查系统。

根据本发明的实施例，望远镜包括具有孔的主反射镜，其中光路源自位于主反射镜前方的物体，并从主反射镜反射。次反射镜可以邻近主反射镜布置，其中光路从次反射镜反射并穿过主反射镜中的孔。望远镜包括沿着光路布置的扩展光学像场校正器组，这些扩展光学像场校正器被定位为反射从次反射镜入射的光，其中扩展光学像场校正器组包括两个校正器反射镜。望远镜还包括沿着光路布置并与扩展光学像场校正器相邻的第三反射镜。

在一个实施例中，第三反射镜的特征在于光强度适于校准从扩展光学像场校正器组接收的光。可选择地，在一个实施例中，第三反射镜的特征在于光强度足以将从扩展光学像场校正器组入射的光聚焦到检测器上。在某些实施例中，第三反射镜被定位为接收向主反射镜传播的从扩展光学像场校正器组入射的光。第三反射镜可以被定位于邻近主反射镜。在一些实施例中，望远镜还包括沿着光路布置并且与扩展光学像场校正器相邻的折叠反射镜，该折叠反射镜可以被定位为反射来自第三反射镜的光路。在一些实施例中，扩展光学像场校正器包括凸面镜和凹面镜。扩展光学像场校正器可以基本上不具有净光强度。在一个实施例中，凸面镜和凹面镜被布置在中间图像的相对两侧。中间图像可能布置与凸面镜和凹面镜等间距。在实施例中，中间图像是可接近的中间图像。

在一些实施例中，两个校正器反射镜都是非球面的。凸面镜可以比凹面镜更加非球面。在一个实施例中，凸面镜从球体偏离多达25个波(waves)，并且凹面镜从球体背离多达15个波。在一些实施例中，每个校正器反射镜都是旋转对称的。在一些实施例中，折叠反射镜和第三反射镜位于扩展光学像场校正器组的相对两侧。在实施例中，主反射镜具有中心，并且孔从中心偏移。

根据本发明的另一实施例，一种校正光场的方法包括：通过主反射镜将源自物体的光反射至次反射镜，并且通过副反射镜将来自主反射镜的光反射到扩展光学像场校正器组，其中光通过主反射镜中的孔。该方法包括，通过扩展光学像场校正器组将来自次反射镜的光反射到第三反射镜，并且通过第三反射镜将来自扩展光学像场校正器的光反射到折叠反射镜。

在实施例中，扩展光学像场校正器组对光进行两次反射。在一些实施例中，在第一反射之后创建中间图像。

根据本发明的另一个实施例，望远镜系统包括多个反射镜和被定位为接收从多个反射镜入射的光检测器。多个反射镜可能包括具有孔的主反射镜，其中光路源自主反射镜前面的物体并且从主反射镜反射出来。次反射镜邻近主反射镜布置，其中光路从次反射镜反射并穿过主反射镜中的孔。多个反射镜包括沿着光路布置的扩展光学像场校正器，扩展光学像场校正器被定位为反射从次反射镜入射的光，其中扩展光学像场校正器组包括两个校正器反射镜。多个反射镜还包括沿着光路布置并与扩展光学像场校正器相邻的第三反射镜，第三反射镜被定位为反射从扩展光学像场校正器入射的光的位置。可能还包括附加的反射镜组或透镜组以将光聚焦到检测器上。

在一些实施例中，多个折叠反射镜还包括沿着光路布置并且与扩展光学像场校正器相邻的折叠反射镜，该折叠反射镜被定位为反射来自第三反射镜的光路。在一些实施例中，扩展光学像场校正器包括凸面镜和凹面镜。在实施例中，主反射镜具有中心，并且孔从中心偏移。

相比于传统装置，通过这些装置可以实现许多有益效果。本发明提供的有益效果包括比常规的天基望远镜更宽的FOV。拥有更宽的FOV节省了从太空观测地球的时间和成本。另外，多个反射镜被布置成具有总体紧凑的体积。拥有紧凑的体积可以将其他必要的有效载荷的可用空间最大化。此外，具有紧凑的占地面积节省了将望远镜运送到外太空的成本。

在下面的描述、权利要求和附图中描述了实施例的这些和其他细节以及它们的许多优点和特征。

附图说明

图1是展示了无焦望远镜反射镜排布的示意图；

图2是展示了根据本发明的实施例的具有扩展光学像场校正器的无焦望远镜排布的示意图；

图3A是展示了根据本发明的实施例的扩展光学像场校正器的示意图；

图3B是展示了根据本发明的实施例的第一校正器反射镜的示意图；

图3C是展示了根据本发明的实施例的第二校正器反射镜的示意图；

图4是展示了根据本发明的实施例的校正器反射镜的非球面轮廓的曲线图；

图5A是展示了根据本发明的实施例的第一校正器反射镜的表面轮廓的简化曲线图；

图5B是展示了根据本发明的实施例的第二校正器反射镜的表面轮廓的简化曲线图；

图6是展示了根据本发明的实施例的具有扩展光学像场校正器的焦距望远镜反射镜排布的示意图；

图7A是根据本发明的实施例的在SWIR带中测量的图像质量的图形表示；

图7B是根据本发明的实施例的在可见频带中测量的图像质量的图形表示；

图8A是没有扩展光学像场校正器的无焦望远镜的像散性的示意图；

图8B是根据本发明的实施例的具有扩展光学像场校正器的无焦望远镜的像散性的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明的实施例，在下面的描述中，阐述了许多示例和细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，某些实施例可以在缺少其中一些细节的情况下实现，或者可以基于其修改或等同方式来实施。

本发明的实施例提供了用于宽FOV天基望远镜的系统和方法。天基望远镜可以由多个反射镜组成，其可能包括扩展光学像场校正器组。扩展光学像场校正器组的扩展光学像场校正器可能沿着光路定位，以增加天基望远镜系统的FOV。

图1展示了望远镜100。望远镜100包括前方102和后方104。前方102可能指向物体(未图示)，光路114源自该物体。望远镜100还包括具有孔107的主反射镜106。次反射镜108被定位为邻近主反射镜106。次反射镜108沿着光路被定位，以反射从主反射镜106入射的光。来自次反射镜108的反射光穿过孔107并投射到第一折叠反射镜110上。第一折叠反射镜110朝向第三反射镜112引导光，然后根据需要朝向第二折叠反射镜120和其他光学器件反射光，从而在检测器(未图示)上形成图像。第一折叠反射镜110和第二折叠反射镜120是平坦的平面镜，其不会影响由望远镜100获得的图像质量。

如图1所示，第一折叠反射镜110、第二折叠反射镜120和第三反射镜112被定位为与主反射镜106横向相邻。第一折叠反射镜110、第二折叠反射镜120和第三反射镜112装配在主反射镜106的覆盖区域内。因此，由于通过将第一折叠反射镜110、第二折叠反射镜120和第三反射镜112装配在主反射镜106的边界内而实现的体积，望远镜100可以适于天基使用。

下面的表1说明了望远镜100的性能。具体地，表1展示了在-1.25度至1.25度的范围内的水平FOV上和-0.4度至0.4度的范围内的垂直FOV上的望远镜100在6.25μm像素的方格内所收集到的能量的百分比。入射光的波长(λ)在500nm～700nm之间，衍射极限为71。

表格1

如上表所示，望远镜100在-0.62和0.62之间的水平FOV内实现了大于40％的能量捕获。在中心实现了61％的能量捕获的最大性能。望远镜100的性能随着水平FOV达到正或负0.93度而减小，并且随着水平FOV达到正或负1.25度而下降的更多。因此，望远镜100在水平方向上实现0.62度的FOV。对于垂直FOV，性能在-0.4和0.4度之间略有下降，其中在0.4度和-0.4度处分别达到59％和46％的能量捕获。

根据本发明的实施例，当扩展光学像场校正器组等像场校正器组件被并入到设计中时，望远镜在水平FOV上和垂直FOV上的性能显著增加，图2将对其进行讨论。

图2是展示了根据本发明的实施例的具有扩展光学像场校正器的无焦望远镜排布的示意图。如图2所示，提供了在从折叠反射镜210反射之后产生准直输出的望远镜排布。一些实施例可以在某一放大倍率的范围上使用，例如在3X和12X之间，然而实施例并不限于该特定范围。图2展示了具有多个反射镜的望远镜200，其包括具有孔207的主反射镜206。主反射镜206可能具有径向中心，并且孔207可能定位为偏离该中心。起源于位于望远镜200的前方202的物体(未图示)的光路214可能朝向望远镜200投射。沿着光路214投射的光可能从主反射镜206反射出来，从次反射镜208反射出来，然后穿过孔207。

根据本发明的实施例，扩展光学像场校正器216组沿着光路214定位，以接收从次反射镜208入射的光的至少一部分。在一些实施例中，所有由次反射镜208反射的光被扩展光学像场校正器216组接收。扩展光学像场校正器组可能使望远镜200具有更宽的视场(FOV)。在实施例中，扩展光学像场校正器216组定位为在与次反射镜208相对的一侧邻近主反射镜206。例如，扩展光学像场校正器216组可能定位为邻近主反射镜206面向望远镜200的后方204的一侧。在一个实施例中，扩展光学像场校正器的至少一部分可能沿着孔207的中心轴线定位。扩展光学像场校正器216组可能包括一对反射镜，下面将参照图3A对其进行更详细的讨论。

在实施例中，第三反射镜212沿着光路定位，以接收从扩展光学像场校正器216组入射的光的至少一部分(或全部)。第三反射镜212可能定位为邻近扩展光学像场校正器216。在一个实施例中，第三反射镜212定位为在扩展光学像场校正器216组的下方并且邻近主反射镜206的边缘。在一些实施例中，第三反射镜212是弯曲的，这使得第三反射镜212的光强度适于校准从扩展光学像场校正器组接收到的光。

如图2所示，从扩展光学像场校正器组入射的光可能在穿过扩展光学像场校正器组之后，沿着朝向主反射镜206的方向传播。因此，第三反射镜212可以被定位为接收朝向主反射镜传播的从扩展光学像场校正器组入射的光。因此，在穿过扩展光学像场校正器组之后，光线被折返到主反射镜，这就产生了本文所讨论的紧凑设计。

例如，第三反射镜212可能被定位为邻近主反射镜206，并且第三反射镜比扩展光学像场校正器组更靠近主反射镜的背面。因此，当从第三反射镜212反射的光朝向折叠反射镜210传播时，其可能在主反射镜206和扩展光学像场校正器216组之间的空间中传播。在一些实施方式中，在第三反射镜和折叠反射镜之间传播的光线大体上平行于主反射镜的背面。将图1和图2所示的望远镜进行比较，与图1相比，第三反射镜用在图2第三反射镜的光轴的相对侧上。因此，本发明的实施例提供了适合于天基和其他应用的紧凑设计。因此，一些实施例可能被称为紧凑的扩展像场望远镜。

折叠反射镜210可能沿着光路定位，以接收从第三反射镜212入射的光的至少一部分。在一个实施例中，折叠反射镜210被定位为邻近扩展光学像场校正器216。折叠反射镜210可能被定位为扩展光学像场校正器216组与第三反射镜212相对的一侧。如图2的侧视图所示，第三反射镜被定位为在扩展光学像场校正器组的下方，并且折叠反射镜被定位为在扩展光学像场校正器组的上方，使得折叠反射镜和第三反射镜分别位于扩展光学像场校正器组的相对的两侧，而扩展光学像场校正器组则位于折叠反射镜和第三反射镜的中间位置。从第三反射镜212入射的光可能从折叠反射镜210反射，并朝向另外的光学成像器件投射到检测器(未图示)上。第一折叠反射镜110可能是平坦的平面镜，其不影响望远镜200获得的图像质量。

图3A-3C更详细地说明了根据本发明的实施例的扩展光学像场校正器216组。更具体地，图3A是展示根据本发明的实施例的扩展光学像场校正器的示意图。图3B是展示根据本发明的实施例的第一校正器反射镜的示意图。图3C是展示根据本发明的实施例的第二校正器反射镜的示意图。因此，图3B和3C展示了根据本发明的实施例的组成扩展光学像场校正器组的反射镜的轮廓。

如图3A所示，扩展光学像场校正器216组可能由两个校正器反射镜组成：第一校正器反射镜302和第二校正器反射镜304。第一校正器反射镜302可能被定位为朝向第二校正器反射镜304反射光。例如，第一校正器反射镜302可能沿着光路214定位，以接收从次反射镜208入射的光并将光反射到第二校正器反射镜304。在一个实施例中，第一校正器反射镜302和第二校正器反射镜304是光学居中的。例如，通过第二校正器反射镜304的旋转对称中心接收从第一校正器反射镜302的旋转对称中心反射的光。

根据本发明的实施例，沿着光路214传播的光线在交叉平面306处彼此交叉。例如，光路214可能由三组光线组成：第一光线组312、第二光线组314和第三光线组316。每个光线组312、314和316可能由在交叉平面306彼此相交的单独光线组成。在实施例中，交叉平面306基本等距地布置在第一校正器反射镜302和第二校正器反射镜304之间。或者，交叉平面306可能布置在稍微更靠近第二校正器反射镜304的位置。在另一替代方案中，交叉平面306可能布置在稍微更靠近第一校正器反射镜302的位置。交叉平面306可能表示在光路214中形成中间图像平面的点，因此可能称为中间平面。在一个实施例中，交叉/中间图像平面是可接近的交叉/中间平面。在一些实施例中，视场光阑可能放置交叉平面306处，以限制望远镜200的视场。在其他实施例中，因为交叉平面是可接近的并且被配置为接收放置在交叉平面处的光学器件，其他光学器件可以放置在交叉平面处，以执行其他合适的光学功能。本领域普通技术人员将认识到许多变化、修改和替代。

在一些实施例中，第一校正器反射镜302和第二校正器反射镜304被配置为使得望远镜200获得很少甚至没有净旁轴光强度，即大体上没有净旁轴光强度。在一个实施例中，扩展光学像场校正器216组具有小于望远镜200的光强度的1％的旁轴光强度。在其他实施例中，扩展光学像场校正器组的旁轴光强度小于望远镜200光强度的0.8％、0.6％、0.4％或0.2％。作为示例，第一校正器反射镜302可能具有与第二校正器反射镜302的光反射特性相反的光反射特性。例如，第一校正器反射镜302可能是凸面镜，如图3B所示，第二校正器反射镜304可能是凹面镜，如图3C所示。在一些实施例中，第一校正器反射镜302和第二校正器反射镜304可能被配置为提供附加的旁路光强度到设计中。

第一校正器反射镜302和第二校正器反射镜304可能分别具有第一校正器反射表面310和第二校正器反射表面308，它们两个都可能作为光反射表面来使用。在一个实施例中，第一校正器反射表面310和第二校正器反射表面308被布置为朝向交叉平面306。在实施例中，第一校正器反射镜302和第二校正器反射镜304各自围绕中心位置旋转对称，中心位置可能不是反射镜302和反射镜304的物理中心。尽管图3A展示了作为凸面镜的第一校正器反射镜302和作为凹面镜的第二校正器反射镜304，然而在代替实施例中，第一校正器反射镜302是凹面的且第二校正器反射镜304是凸面的实施例也是可以想到的。

在一个实施例中，第一校正器反射镜302和第二校正器反射镜304是非球面镜。它们与球体的偏离可能很小，如图4所示，图4展示了第一校正器反射镜302和第二校正器反射镜304的曲率的图形表示。图4中的曲线具有代表632.8nm的波形凹陷的垂直轴和代表标准孔高度的水平轴，其中0代表反射镜的中心，1表示反射镜的边缘。第一校正曲线402代表第一校正器反射镜302的镜面轮廓，第二校正曲线404代表第二校正器反射镜304的镜面轮廓。在一个实施例中，第一校正器反射镜302可能比第二校正器反射镜304更加非球面。例如，第一校正器反射镜302可能偏离球形轮廓至多25个波，而第二校正器反射镜304可能偏离球形轮廓至多15个波。

图5A是展示了根据本发明的实施例的第一校正器反射镜的表面轮廓的简化曲线图。如图5A所示，反射镜的表面轮廓从球形轮廓变化了几分之一密耳(千分之一英寸)。参考图5A，表面轮廓具有从球体偏离的随标准表面高度变化的弓形高。虽然其特征在于反射镜边缘处的球形凹陷，但是表面轮廓具有比球面镜更小的凹陷，而在临近大约标准表面高度一半的位置具有约为0.2×10^-3英寸的最大的球面偏离。如上所述，限定球面反射镜偏离的曲线的实际形状将取决于第二校正器反射镜的表面轮廓。本领域普通技术人员将认识到许多变化、修改和替代。

图5B是展示了根据本发明的实施例的第二校正器反射镜的表面轮廓的简化曲线图。如图5B所示，反射镜的表面轮廓从球形轮廓变化了几分之一密耳(千分之一英寸)。参考图5B，表面轮廓具有从球体偏离的随标准表面高度变化的弓星高。虽然其特征在于反射镜边缘处的球形凹陷，但是表面轮廓具有比球面镜更小的凹陷(依据负凹陷测量)，而在临近大约标准表面高度一半的位置具有约为0.3×10^-3英寸的最大的球面偏离。如上所述，限定球面反射镜偏离的曲线的实际形状将取决于第一校正器反射镜的表面轮廓。本领域普通技术人员将认识到许多变化，修改和替代。

下面的表2说明了根据本发明的实施例的望远镜的性能。具体地，表2展示了在-1.25度至1.25度的范围内的水平FOV和在-0.4度至0.4度的范围内的垂直FOV的望远镜200在6.25μm像素内的所收集到的能量的百分比。入射光的波长(λ)在500nm～700nm之间，衍射极限为71。应当理解，为了便于比较，表2的配置被布置成与表1的配置类似。

表格2

如图所示，根据本发明的实施例的望远镜200在-1.25和1.25之间的水平FOV内实现大于40％的能量捕获。在中心实现了70％的能量捕获的最高性能。当水平FOV达到正或负0.93度时，望远镜200的性能不会显着降低，并且当水平FOV达到±1.25度时，望远镜200的性能也不会下降到40％以下。因此，根据本发明的实施例的望远镜200可能在水平方向上实现1.25度的FOV，这大体上大于望远镜100的0.62度的FOV。对于垂直FOV，性能在-0.4和0.4度之间略有下降，其中在0.4和-0.4度分别达到67％的和65％的能量捕获，这仍然大于望远镜100在0.4和-0.4度分别达到的59％和46％的能量捕获。

下面的表3和表4进一步展示了根据本发明的实施例的望远镜的性能。表3展示了在-1.25度至1.25度的范围内的水平FOV和在-0.5度至0.5度的范围内的垂直FOV，望远镜200采用500mm焦距的完美成像器在可见频带中在2.45μm像素内的所收集的能量的百分比。衍射极限为26。

表格3

表4说明了在-1.25度至1.25度的范围内的水平FOV和在-0.5度至0.5度的范围内的垂直FOV，望远镜200采用500mm焦距的完美成像器在短波红外(SWIR)频带上在18μm像素内的所收集的能量的百分比。衍射极限为80。

表格4

如表3和表4所示，望远镜200的最大能量捕获性能在中心处实现并且在绝大多数视场中保持基本恒定。望远镜200的性能直到视场的非常边缘的位置，例如，正和负1.25度的位置，才显著减小。从表3和表4可能确定，望远镜200可以在宽的FOV上实现高能量捕获。

除了表3和表4之外，还可能从图7A-图7C看出本发明实施例的有效性的证明，图7A-图7C说明了通过无焦望远镜设计产生的，例如，通过本文所讨论的望远镜200的望远镜设计产生的，通过调制传递函数(MTF)测量的图像质量的图形表示。图7A-图7B具有表示调制的垂直轴和以cycles/mm为单位表示空间频率的水平轴。

图7A展示了在SWIR带(波长在1400nm-1800nm之间)中测量的图像质量，其中曲线710表示在0度FOV和最大设计FOV下根据本发明的实施例的望远镜的MTF性能。从图7A中可能看出，调制在空间频率为0时最大，并且在空间频率为80时下降低到大约0.1。在40的空间频率下得到0.5调制。

图7B展示了在可见频带(波长在500nm-700nm之间)中测量的图像质量，其中曲线750代表在0度FOV下根据本发明的实施例的望远镜的MTF性能，并且曲线760代表在最大设计FOV下根据本发明的实施例的望远镜的MTF性能。如图7B所示，对于曲线750和曲线760，调制在空间频率为0时最大，并且在空间频率为100时分别减小到大约0.5和大约0.3。

图8A-图8B展示了具有和不具有像场校正设计的望远镜在FOV上的像散性的示意图，以展示与不具有扩展光学像场校正器的望远镜对比，具有像场扩展光学像场校正器的望远镜是如何改进的。具体地，图8A展示了不具有扩展光学像场校正器(例如，望远镜100)的望远镜在FOV上的像散性的示意图，图8B展示了具有扩展光学像场校正器(例如，望远镜200)的望远镜在FOV上的像散性的示意图。对比图8A和图8B可能看出，矢量线的长度表示像散度，在绝大多数FOV下，具有扩展光学像场校正器的望远镜的像散度远小于不具有扩展光学像场校正器的望远镜的像散度。较小的像散性会使望远镜捕获的图像更加精准和更少扭曲。

图6是根据本发明的实施例的望远镜600的示意图，望远镜600具有包括扩展光学像场校正器的焦距望远镜反射镜排布。如图6所示，提供了一种反射望远镜排布，其中光聚焦到折叠反射镜610的输出处的图像，从而在该实施例中提供成像版本。如先前涉及图2的讨论，一些实施例提供了在系统的输出处产生准直(即，平行)光的无焦望远镜系统。然而，在图6所示的替代实施例中，扩展光学像场校正器组616可能用于成像反射系统，而不是如涉及图2所讨论的真实无焦望远镜。如图6所示，第三反射镜612具有比图2中的第三反射镜212的曲率更深的曲率，第三反射镜612可能被用在望远镜600中。因此，反射镜的排布将直接聚焦光，并且可能与检测器618一起使用，而不需要额外的聚焦光学器件。在一些实施例中，例如,通过利用具有光强度的折叠反射镜来利用额外的聚焦光学器件。本领域普通技术人员将认识到许多变化、修改和替代。

一些相似点与图2所示的实施例共享，包括主反射镜606、次反射镜608以及扩展光学像场校正器组616。如图6所示，主反射镜具有中心，并且孔607可能偏离中心。由于望远镜600的焦点性质，主反射镜606、次反射镜608、第三反射镜612和包括在扩展光学像场校正器组616的第一校正器反射镜和第二校正器反射镜中的光学器件的光学规格/配方可能与望远镜200中的类似器件的光学规格不同。因此，对于本领域技术人员是显而易见，通过与图2所示的无焦系统的设计相似的方式，图6所示的调焦系统利用根据需要修改的光学器件，特别是第三反射镜612的聚焦能力，以提供调焦系统。因此，光学设计领域的普通技术人员将能够指定适合于无焦或焦点设计的光学特性。

第三反射镜612的特征在于预设的光强度适于在可能是检测器618的成像平面的输出处形成图像。在如上所述的一些实施例中，折叠反射镜610可能具有第二预设光强度，然而这不是本发明所要求的。如涉及图2所讨论的，扩展光学像场校正器组616可能大体上不具有净光强度。在其他实施例中，第三反射镜612、扩展光学像场校正器616和/或折叠反射镜610的组合提供光强度以将图像聚焦，例如，聚焦在检测器618上。

上面的描述展示了本发明的各种实施例和发明的各方面是如何实现的示例。上述示例和实施例不应仅被认为是实施例，还展示了如所附权利要求限定的本发明的灵活性和优点。例如，尽管已经针对具体的工艺流程和步骤描述了某些实施例，但是本领域的技术人员应当明白，本发明的范围并不完全限于所描述的流程和步骤。被描述为顺序执行的步骤可能被并行执行，步骤的顺序可能被改变，并且步骤可能被修改、组合、添加或者省略。作为另一示例，虽然已经使用硬件和软件的特定组合描述了某些实施例，但是应当认识到硬件和软件的其他组合也是可能的，并且描述为在软件中实现的特定操作也可能在硬件中实现和反之亦然。

因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。其他的排布、实施例、实施方案和等同方案对于本领域技术人员将是显而易见的，并且可能在不脱离如所附权利要求所阐述的本发明的精神和范围的情况下被采用。

Claims (20)

1.一种望远镜，包括：

具有孔的主反射镜，其中光路源自位于所述主反射镜前方的物体，并且沿着所述光路传播的光从所述主反射镜反射出来；

邻近所述主反射镜布置的次反射镜，其中沿着所述光路传播的光从所述次反射镜反射出来并穿过所述主反射镜中的所述孔；

沿着所述光路布置的扩展光学像场校正器组，所述扩展光学像场校正器组被定位为反射从所述次反射镜入射的光，其中所述扩展光学像场校正器组包括凸面镜和凹面镜，所述扩展光学像场校正器组基本上没有净旁轴光强度；以及

沿着所述光路并且与所述扩展光学像场校正器组相邻布置的第三反射镜，所述第三反射镜被定位为反射从所述扩展光学像场校正器组入射的所述光。

2.根据权利要求1所述的望远镜，其特征在于，还包括沿着所述光路布置并且与所述扩展光学像场校正器组相邻的折叠反射镜，所述折叠反射镜被定位为反射沿来自所述第三反射镜的光路传播的光。

3.根据权利要求1所述的望远镜，其特征在于，所述凸面镜和所述凹面镜布置在中间图像的相对两侧上。

4.根据权利要求3所述的望远镜，其特征在于，所述中间图像与所述凸面镜和所述凹面镜等间距地布置。

5.根据权利要求3所述的望远镜，其特征在于，所述中间图像是可接近的中间图像。

6.根据权利要求1所述的望远镜，其特征在于，所述凸面镜和所述凹面镜都是非球面的。

7.根据权利要求6所述的望远镜，其特征在于，所述凸面镜相比所述凹面镜是更非球面的。

8.一种光场校正方法，包括：

通过主反射镜将源自物体的光朝次反射镜反射，从而产生中间图像；

通过所述次反射镜将来自所述主反射镜的所述光朝扩展光学像场校正器组反射，其中所述光穿过所述主反射镜中的孔；

通过所述扩展光学像场校正器组将来自所述次反射镜的所述光朝第三反射镜反射两次；以及

通过所述第三反射镜将来自所述扩展光学像场校正器组的所述光朝折叠反射镜反射。

9.根据权利要求8所述的光场校正方法，其特征在于，所述扩展光学像场校正器组包括凸面镜和凹面镜。

10.根据权利要求9所述的光场校正方法，其特征在于，所述凸面镜和所述凹面镜布置在中间图像的相对两侧上。

11.根据权利要求8所述的光场校正方法，其特征在于，所述扩展光学像场校正器组基本上没有净旁轴光强度。

12.一种望远镜系统，包括：

多个反射镜，包括：

具有孔的主反射镜，其中光路源自位于主反射镜前方的物体并且从所述主反射镜反射出来；

邻近所述主反射镜布置的次反射镜，其中沿所述光路传播的光从所述次反射镜反射出来并穿过所述主反射镜中的所述孔；

沿着所述光路布置的扩展光学像场校正器组，所述扩展光学像场校正器组被定位为反射从所述次反射镜入射的光，其中所述扩展光学像场校正器组包括凸面镜和凹面镜，所述扩展光学像场校正器组基本上没有净旁轴光强度；以及

沿着所述光路并且与所述扩展光学像场校正器组相邻布置的第三反射镜，所述第三反射镜被定位为反射从所述扩展光学像场校正器组入射的光；以及

检测器，被定位为接收从所述多个反射镜入射的光。

13.根据权利要求12所述的望远镜系统，其特征在于，所述多个反射镜还包括沿着所述光路并且邻近所述扩展光学像场校正器组布置的折叠反射镜，所述折叠反射被定位为反射沿来自所述第三反射镜的光路传播的光。

14.根据权利要求12所述的望远镜系统，其特征在于，所述凸面镜和所述凹面镜位于中间图像的相对两侧上。

15.根据权利要求12所述的望远镜系统，其特征在于，在所述检测器处接收到的从所述多个反射镜入射的光包括物体的图像。

16.一种望远镜，包括：

具有孔的主反射镜，其中光路源自位于所述主反射镜前方的物体并且从所述主反射镜反射出来；

邻近所述主反射镜布置的次反射镜，其中沿着所述光路传播的光从所述次反射镜反射出来并穿过所述主反射镜中的所述孔；

沿着所述光路布置的扩展光学像场校正器组，所述扩展光学像场校正器组被定位为反射从所述次反射镜入射的光，其中所述扩展光学像场校正器组包括凸面镜和凹面镜，所述凸面镜相比所述凹面镜是更非球面的；以及

沿着所述光路并且与所述扩展光学像场校正器组相邻布置的第三反射镜，所述第三反射镜被定位为反射从所述扩展光学像场校正器组入射的所述光。

17.根据权利要求16所述的望远镜，其特征在于，还包括沿着所述光路布置并且与所述扩展光学像场校正器组相邻的折叠反射镜，所述折叠反射镜被定位为反射来自所述第三反射镜的光路。

18.根据权利要求16所述的望远镜，其特征在于，所述凸面镜和所述凹面镜布置在中间图像的相对两侧上。

19.根据权利要求18所述的望远镜，其特征在于，所述中间图像与所述凸面镜和所述凹面镜等间距地布置。

20.根据权利要求18所述的望远镜，其特征在于，所述中间图像是可接近的中间图像。

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