[发明专利]自由曲面成像光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及空间光学技术领域，尤其涉及空间光学中的一种自由曲面成像光学系统。

背景技术

本发明是以多光谱线阵光电探测器作为成像接收器的自由曲面、超大视场、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，可广泛应用于民用、国防、军工等领域。

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。

发明人在2012年获得的发明专利超大视场偏轴全反射式光学系统（专利号201010613570.X）中采用了四块球面反射镜进行成像，只能适用于短焦距的大视场光学系统中，焦距一般小于100mm。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种自由曲面成像光学系统，，该系统适用于焦距1000mm左右的光学系统，使得成像视场更大，像质更优异，同时系统的成像畸变低，适合于多光谱探测器的自由曲面全反射式光学系统。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

自由曲面成像光学系统，包括：

第一反射镜，第二反射镜，第三反射镜，第四反射镜和孔径光阑，以及探测器，目标经过所述第一反射镜反射后照射到第二反射镜，经过第二反射镜反射后照射到第三反射镜，经过第三反射镜反射后照射到第四反射镜，最后由第四反射镜反射后照射到探测器像面；所述孔径光阑与第三反射镜位置重合；所述第一反射镜是光焦度为负的长条形球面反射镜，第二反射镜是光焦度为正的自由曲面反射镜，第三反射镜是光焦度为负的自由曲面反射镜，第四反射镜是光焦度为正的自由曲面反射镜。

本发明的有益效果是：本光学系统可实现超大视场成像，视场角达到76°。系统布局紧凑，为光电系统的小型化提供可能。各反射镜之间间距设计合理，可以很好的抑制杂光。系统采用准远心光路设计，系统成像畸变小，使得多光谱窄带滤光片带来的波带漂移减小。本发明为多光谱列阵探测器设计，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。因此，系统特别适合作为小卫星上用的大视场多光谱相机的光学系统。应用领域包括空间侦察、空间观测等。

附图说明

图1为本发明自由曲面成像光学系统的结构示意图；

图2为本发明采用的坐标系示意图；

图3为本发明自由曲面成像光学系统中反射镜位置关系示意图。

图中：1、第一反射镜，2、第二反射镜，3、第三反射镜，4、第四反射镜，5、孔径光阑，6、多光谱列阵探测元件，7、多光谱列阵探测元件像面

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

图1所示为本发明实施例提供的自由曲面成像光学系统的结构示意图。本发明采用的技术方案是：光学系统采用全反射系统结构形式，采用四块反射镜，反射镜1光焦度为负，反射镜2、3、4为自由曲面，四块反射镜的光轴与系统光轴均不重合，每反射一次系统光轴就偏折一次。

具体的本发明所述的自由曲面成像光学系统是由第一反射镜1，第二反射镜2，第三反射镜3，第四反射镜4和孔径光阑5，以及多光谱列阵探测元件6组成。

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，Y轴在图示2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，每经过一块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1，第二反射镜2，第三反射镜3，孔径光阑5与第三反射镜3重合，第四反射镜4和多光谱列阵探测元件像面7。

第一反射镜1是一块光焦度为负的长条形球面反射镜，第二反射镜2是一块光焦度为正的自由曲面反射镜，第三反射镜8是一块光焦度为负的自由曲面反射镜，第四反射镜4是一块光焦度为正的自由曲面反射镜。