[发明专利]超大视场偏轴全反射式光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及空间光学技术领域，具体涉及空间光学中的一种偏轴反射式空间对地遥感相机的光学系统。

背景技术

本发明是以多光谱列阵光电探测器作为成像接收器的超大视场、偏轴、全反射式、多光谱成像空间相机光学系统，在航空及航天空间对地侦察、遥感、探测等领域获得高清晰度照片，可广泛应用于众多成像遥感领域。

目前采用的离轴三反射式光学系统的相机，视场容限有限，目前国内最大的离轴三反射式光学系统视场为17°。另外现有的离轴反射式系统成像畸变过大，系统所成图像变形严重，影响空间相机的使用范围。已有技术存在成像视场不够大的缺陷，目前国内专利中显示的技术只能到20°。

发明内容

本发明为解决现有全反射式光学系统的成像视场角小且系统的成像畸变大的间题，提供一种超大视场偏轴全反射式光学系统。

超大视场偏轴全反射式光学系统，该光学系统包括第一反射镜、第二反射镜、孔径光阑、第三反射镜、第四反射镜和探测器像面；所述目标经第一反射镜反射后入射至第二反射镜，经过第二反射镜反射后入射至第三反射镜，经过第三反射镜(反射后入射至第四反射镜，经第四反射镜反射后入射至探测器像面；所述孔径光阑位置与第二反射镜的位置重合，所述第一反射镜和第三反射镜的光焦度为负的球面反射镜，第二反射镜和第四反射镜的光焦度为正的球面反射镜；

所述第一反射镜与第二反射镜的反射面相对排列，第二反射镜与第三反射镜的反射面相对排列，第三反射镜与第四反射镜的反射面相对排列；第四反射镜与探测器像面相对排列。

本发明的工作原理：本发明为使超大视场范围内的目标能清晰成像在探测器像面上，采用了偏轴全反射式系统结构，采用四个反射镜，四个反射镜的光轴与系统光轴均不重合，本光学系统按xyz右手空间坐标系有序排列，z轴方向定为光轴方向，x轴垂直于yz平面，yz坐标平面为光学系统的子午面，每经过一个反射镜系统光轴发生一次偏折，反射镜及光阑的排列顺序为：第一反射镜，第二反射镜，孔径光阑与第二反射镜重合，第三反射镜，第四反射镜和探测器像面。

本发明通过合理分配四个反射镜的光焦度，采用负-正-负-正的光焦度分配方案，同时四个反射镜及探测器的像面均采用偏轴布置，系统优化自由度包括：5个偏轴角、3个反射镜间隔、4个曲率半径，共11个。偏轴角的放开对于系统轴外像差的平衡贡献非常大。系统的偏轴角布置如表1。

表1

  反射镜序号  偏轴角  第一反射镜  -13°  第二反射镜  +8.993°  第三反射镜  -12.054°  第四反射镜  4°  探测器像面  3.209°

本发明的有益效果：本发明所述的光学系统可实现超大视场成像，视场角达到62°。系统布局紧凑，成像畸变低，适合于多光谱探测器。且系统具备体积较小，结构简单，重量轻，成像传函高的特点。本发明系统采用准远心光路设计，使得多光谱窄带滤光片带来的波带漂移减小。本发明可以同时实现红、绿、蓝和近红外谱段成像。系统在Y方向的视场容限足够大，可以允许进行多光谱探测器拼接来扩大系统的成像幅宽。

附图说明

图1为本发明所述的超大视场偏轴全反射式光学系统的结构示意图；

图2为本发明所述的超大视场偏轴全反射式光学系统中反射镜位置关系示意图。