CN207924243U - 紧凑型长焦距四反射镜望远物镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜，按光线入射方向，依次为椭圆面主镜、双曲面次镜、椭圆面三镜、椭圆面四镜、平面反射镜和焦平面；主镜、次镜、三镜、四镜呈主光轴对称结构，为无二次遮拦面视场成像；孔径光阑位于主镜处，四镜位于主、次镜形成的一次实像处，入射光线经主镜和次镜反射后，在三镜前形成中间实像，经三镜、四镜反射，无遮拦穿过三镜中心孔，通过平面镜转折光路后成像于焦平面处。本实用新型通过合理控制出瞳位置和各镜面间距，实现无二次遮拦面视场成像。系统具有长焦距、短筒长、体积小、结构紧凑、成像质量好、加工成本低等优点，满足空间遥感视频相机、成像光谱仪前置物镜等成像领域轻小型光学系统。

Description

紧凑型长焦距四反射镜望远物镜

技术领域

本实用新型涉及一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜，可适用于微纳卫星低成本轻小型空间相机的望远物镜、光谱仪前置成像系统等，属于空间光学成像探测技术领域。

背景技术

目前小卫星逐渐趋于微型化，其中1～100kg微纳卫星因其具有更低研制成本、更短周期、更具灵活性、体积轻小等优势，已经成为航天领域关注的热点。在空间遥感探测方面，能够实现快速、准确、大范围内实时对地观测，广泛应用于通信领域、空间遥感、军事侦查等方面。为适应微纳卫星平台，获取较高的图像成像质量，光学载荷需具备高的空间分辨力，在体积和质量的限制下，小型、轻量、高分辨率空间光学成像系统仍是研究的重点。

空间遥感成像系统常使用反射式结构，具有无色差、对温度变化不敏感、易于实现轻量化等优势，反射系统主要包括两反射系统、三反射系统等，为校正像差，扩大视场，两反射系统通常需要增加透镜补偿组，系统杂光抑制能力较弱；三反射系统具有更多的优化自由度、易于杂光的抑制等，许多空间相机光学系统采用同轴三反射结构，为避免二次遮拦和缩短系统尺寸，通常需要添加多块平面反射镜折叠光路，使得光学系统复杂，且缩短尺寸有限。为使得相机尽可能小型、轻量化，减少镜片的使用数量，亟需设计研制现有情况下更加简单、紧凑的光学系统结构，以适应目前微纳卫星发展需求。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种无二次遮拦，大口径、体积小、长焦距、低成本、短筒长、工作波段宽的紧凑型长焦距四反射镜望远物镜。

为实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案是提供按光线入射方向，依次包括主镜、次镜、三镜、四镜、平面反射镜和焦平面；主镜、次镜、三镜、四镜呈主光轴对称结构，为无二次遮拦面视场成像；孔径光阑位于主镜处，四镜位于主、次镜形成的一次实像处，来自景物的入射光线经主镜和次镜反射后，在三镜前形成中间实像，再经三镜、四镜反射后无遮拦地穿过三镜的中心孔，通过平面反射镜转折光路后成像于焦平面处；所述主镜、三镜和四镜的面型均为椭圆面，次镜的面型为双曲面；所述主镜、次镜、三镜和四镜四块反射镜的顶点曲率半径满足平像场条件，其中，R ₁，R ₂，R ₃，R ₄分别对应为主镜、次镜、三镜和四镜的顶点曲率半径，R ₁取值范围在-400～-300mm，R ₂取值范围在-1000～-1200mm，R ₃、R ₄取值范围在-60～-80mm。

本实用新型提供的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜，它的主镜与三镜的轴向间距为8～10mm，其镜框结构可集成一体化，从而简化系统复杂度及降低主次镜机械加工装调难度，整体结构简单紧凑。

本实用新型提供的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜，可在主镜和次镜之间形成一次实像处设置视场光阑和内遮光罩，在主镜和四镜中间处连接机械结构，可降低对遮光罩的长度要求，杂光抑制能力强。

本实用新型所述的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜，整体结构紧凑，总长为有效焦距的1/10～1/8，像质接近衍射极限。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1.光学系统采用四块非球面和一块平面镜缩短系统总长，减小体积，同时镜片的使用数量少，结构简单紧凑。

2.光学系统四镜位于一次像点处，且在出瞳附近，经四镜反射后光线无遮拦地通过三镜中心孔，实现无二次遮拦，利用平面折叠镜引出像平面，便于成像探测器组件的安装和放置。

3.与现有同轴三反射系统相比，本实用新型提供的光学体积更小，整体结构紧凑，总长约为有效焦距的1/10～1/8，像质接近衍射极限。

4、具有长焦距、体积小、结构紧凑、成像质量好、加工成本低、工作波段宽等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜系统的结构示意图；

图2 为本实用新型实施例提供的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜系统的调制传递函数曲线图；

图3为本实用新型实施例提供的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜系统的点列图；

图4为本实用新型实施例提供的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜系统的畸变图。

图1中：1、主镜和入瞳位置；2、次镜；3、三镜；4、四镜；5、平面反射镜；6、成像焦平面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案作进一步的具体阐述。

实施例1

本实施例提供的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜，物镜工作波段为400～900nm，有效焦距为1406mm,入瞳直径为200mm，全视场角0.94°×0.94°。

参见附图1，它为本实施例提供的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜系统的结构示意图，按光线入射方向，它包括椭圆面主镜1、双曲面次镜2、椭圆面三镜3、椭圆面四镜4、平面反射镜5和焦平面6，它的主镜1、次镜2、三镜3、四镜4呈主光轴对称结构，光学系统采用有中间实像的结构形式，无二次遮拦引出像平面，便于成像探测器组件的安装和放置。光学系统的孔径光阑位于主镜1上，四镜4位于主、次镜所成一次像点处，来自地面景物的入射光线经过凹面主镜1和凸面次镜2反射后，到达三镜3之前形成中间实像，三镜3反射后再经四镜4反射，无遮拦地穿过三镜中心孔，最终将景物成像在焦平面6处。

四块反射镜顶点曲率半径满足平像场条件,其中，R ₁，R ₂，R ₃，R ₄分别对应为主镜1、次镜2、三镜3和四镜4的顶点曲率半径。

通过光学设计软件优化设计,得到的系统具体结构参数列于表1。

表1

面序号	半径	间距	玻璃类型	二次曲线系数	六次项系数	八次项系数
							物	Infinity	Infinity	--	--	--	--
1	-317.18	-109	反射镜	-0.816	-1.28e-14	-3.42e-22
							2	-1067.37	120.073	反射镜	-5	--	--
3	-76.214	-65.032	反射镜	-0.302	--	--
							4	-67.8	105.08	反射镜	0.106	--	--
5	Infinity	--	--	--	--	--

取参考波长400nm、656nm、850 nm，900nm，权重因子均为1，视场分别为(0,0)、(0.665,0)、(0,-0.665)、(0,0.665)、(0.47.,0.47)、（-0.47，-0.47）、（-0.665,0）、（0.235,0.235）8个参考视场(degree)进行像质评价，表1中半径和间隔单位为mm。

参见附图2，它是本实施例提供的光学系统在像平面处的调制传递函数MTF曲线，横坐标为空间频率，纵坐标为系统调试传递函数值，可见成像质量接近衍射极限，对应奈奎斯特频率111lp/mm处MTF平均值约为0.27.

参见附图3，它是光线追迹理想平面上的点列图，图中黑色圆圈表示艾里斑，可见像斑能量均集中在艾里斑范围内，表明该系统具有良好的成像质量。

参见附图4，它是本实施例提供的光学系统的相对畸变曲线，图4表明，边缘视场畸变最大，其相对畸变小于0.4%。

Claims (4)

1.一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜，其特征在于：按光线入射方向，依次包括主镜（1）、次镜（2）、三镜（3）、四镜（4）、平面反射镜（5）和焦平面（6）；主镜（1）、次镜（2）、三镜（3）、四镜（4）呈主光轴对称结构，为无二次遮拦面视场成像；孔径光阑位于主镜（1）处，四镜（4）位于主、次镜形成的一次实像处，来自景物的入射光线经主镜（1）和次镜（2）反射后，在三镜（3）前形成中间实像，再经三镜（3）、四镜（4）反射后无遮拦地穿过三镜（3）的中心孔，通过平面反射镜（5）转折光路后成像于焦平面（6）处；所述主镜（1）、三镜（3）和四镜（4）的面型均为椭圆面，次镜（2）的面型为双曲面；所述主镜（1）、次镜（2）、三镜（3）和四镜（4）四块反射镜的顶点曲率半径满足平像场条件，其中，R ₁，R ₂，R ₃，R ₄分别对应为主镜、次镜、三镜和四镜的顶点曲率半径，R ₁取值范围在-400～-300mm，R ₂取值范围在-1000～-1200mm，R ₃、R ₄取值范围在-60～-80mm。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜，其特征在于：主镜与三镜的轴向间距为8～10mm。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜，其特征在于：它的总长度为有效焦距的1/10～1/8。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑型长焦距四反射镜望远物镜，其特征在于：在主镜和次镜之间的一次实像处设置视场光阑和内遮光罩，在主镜和四镜中间处连接用于抑制杂光的机械结构。