[发明专利]超短距全反射光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光电探测、识别成像光学技术领域中的一种小体积、轻型超短距全反射球面光学系统。

背景技术

以光电探测器作为成像接收器的具有高分辨率、宽谱段的长焦距、小体积、轻型空间光学系统，在航空航天的空间侦察、空间观测中，能获得位于无穷远目标的高清晰度照片，在安防监控等领域有很大的应用前景。

目前空间反射光学系统多采用双反射或者三反射光学系统。传统的双反射系统最多只能校正两种像差，而基于双反射的折反射式光学系统又存在镜筒较长的缺点，因此在长焦距的情况下无法满足小体积轻型化的要求。普通的共轴三反射空间光学系统，不可避免地存在着较大的遮拦，因而对传递函数(MTF)有着较大的影响，很难获得比较高的MTF；而离轴的三反射光学系统，往往存在着成像位置不佳，设计机构复杂，装调难度较大，结构随视场角度增大而急剧增大，从而增加系统重量等问题。

在国内已有技术中，与本发明最为接近的是专利CNl01576648A，如图1所示：该系统由四面反射镜组成，是共轴四反射镜光学系统。

此光学系统为大视场光学系统，不能满足空间光学系统长焦距小体积轻型化的要求。为了克服上述缺点，特设计一种，长焦距，小体积，轻型化，主次镜面型易加工和检测，系统的结构简单，并能获得比较高的MTF的空间光学系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在获得长焦距的条件下，缩短镜筒的长度，满足系统小型化的要求。系统镜面面型易加工和检测，且系统的成像质量良好，MTF较高。

解决技术问题的技术方案是：光学系统采用同轴全反射系统结构形式，主次镜均为球面，主镜反射镜的光轴和次镜反射镜的光轴重合，且为系统的光轴。

本发明的详细内容如图2所示，是由主球面反射镜1，第二面次球面反射镜2，孔径光栏3和探测器像面4组成的。

本光学系统按x、y、z右手空间坐标系有序排列，z轴方向定为光轴方向，y轴在图示3平面内，x轴垂直于yz平面，yz坐标平面为光学系统的子午面。第一面主球面反射镜1，第二面次球面反射镜2，探测器像面4的光轴和系统的光轴重合，在光的传播方向上依次排列。

第一面主反射镜1是一个光焦度为正的球面反射镜，第二面次反射镜2是一个光焦度为负的球面反射镜。

第一面主球面反射镜1和第二面次球面反射镜2的反射面相对安排，第二面次球面反射镜2沿z轴方向到探测器像面4的距离是系统焦距的0.1倍；两块镜子的中心都在yz平面上(x坐标均为零)，各镜面在y方向的位置由镜面通光孔径及视场偏置角决定。孔径光栏3和第二面次球面反射镜2的位置重合。

本发明的工作原理：为了使远距离物体能成像在探测器像面4上，采用了同轴全反射式球面光学系统的结构，第一面主球面反射镜1的光焦度为正，第二面次球面反射镜2的光焦度为负，无穷远的目标经过第一面主球面反射镜1后照射到第二面次球面反射镜2，经过第二面次球面反射镜2后，再次照射到第一面主球面反射镜1上，最后经由第二面次球面反射镜2第二次反射到探测器元件4上，得到最后的像。

有益效果：本光学系统焦距可达15000mm，总长度为1500mm，仅为系统焦距的0.1倍，是一个超短距全反射球面光学系统，满足空间光学系统体积小，重量轻的要求。系统采用同轴结构形式，便于系统整体支撑和装调，主次镜均为球面，面型易加工和检测。系统成像质量好，结构简单，特别适合作为机载设备上用的高分辨力轻型相机的全谱段光学系统，应用在空间侦察、空间观测等领域，还可应用在光学检测设备上。

附图说明

图1是已有技术的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图中，1-主球面反射镜、2-次球面反射镜，3-孔径光阑，4-探测器像面。

图3是本发明采用的坐标系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明按图2所示的结构实施，其详细内容如图2所示，系统由主反射镜1，第二面次反射镜2，孔径光栏3，和探测器像面4组成。主、次反射镜1、2均为球面，材质均采用碳化硅或适用于空间的高比刚度、接近零膨胀的、热畸变较小的替代材料，如ULE、ZERODO。探测器像面4采用CCD探测器或其它列阵探测器。