[发明专利]一种大像面内扫描分时成像光学系统

说明书

技术领域

本发明属于遥感光学系统设计与像质分析技术领域，涉及一种大像面内扫描分时成像光学系统。

背景技术

为了实现高分辨率，在地球静止轨道上工作的遥感光学系统的口径大、焦距长、视场大，该光学系统的像面也很大，像面长度可达到米级。但现有CCD（电荷耦合器件）的感光区域长度为厘米量级，无法对米级的整个像面进行光电变换。为了对整个像面进行光电变换，可采取CCD拼接和内扫描两种方式。但是，CCD拼接方法所需的CCD数量多；另外，每块CCD的感光面四周均由外壳封装，CCD之间存在较大的拼接缝隙，在拼接缝隙处无法进行光电变换，导致缝隙处像面信息缺失。采用内扫描分时光电变换方式可在仅采用一个CCD的情况下，通过内扫描镜的旋转，分时地实现整个像面中各子像面的光电变换，不存在像面信息缺失的问题。但内扫描镜旋转的过程中会出现子像面离焦与子像面旋转问题，使得成像质量下降。内扫描镜旋转过程中的离焦和像面旋转问题的解决具有重要的意义，该问题的解决可使大像面成像系统在较大的观测范围内获得良好的成像质量，且不存在像面信息缺失问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种大像面内扫描分时成像光学系统，并给出内扫描镜旋转扫描过程中子像面离焦与子像面旋转问题的解决方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种大像面内扫描分时成像光学系统，包括主镜、次镜、平面反射镜、三镜、内扫描镜和像面，在成像过程中，光学系统相对于地面保持静止状态，地面辐射的光线经过主镜收集并反射到次镜的表面，次镜将光线会聚到平面反射镜表面，平面反射镜将光线旋转90^o后反射到三镜表面，三镜将光线会聚并反射到内扫描镜表面，内扫描镜将光线反射到像面供CCD接收。由于光学像面的面积远大于CCD的面积，需将光学像面划分为若干个长度、宽度均不超过CCD的感光面长度、宽度的子像面。内扫描镜绕转轴二维转动到某一角度后静止，某子像面被投射到CCD的感光面内，CCD要根据内扫描镜的旋转角度进行相应的平移与旋转才能在保证良好像质的情况下实现该子像面的光电变换。内扫描镜依次按规律转动预先设定的若干角度，分时地将各子像面投射到CCD的感光面上，CCD依次根据内扫描镜的旋转角度进行相应的平移与旋转后进行光电变换，从而获得整个像面信息。

本发明中，所述大像面内扫描分时成像光学系统的口径为3m，焦距为30m，整个视场在水平方向为（-0.5°，0.5°）、垂直方向为（-0.2°，-0.4°），工作波段为可见光波段，光学系统位于轨道高度为36000km的地球静止轨道，可实现628km×125km的地面观测范围。

本发明中，所述主镜为3000.000mm口径的圆形轮廓的二次凹非球面反射镜，中心开有直径为520.000mm的圆孔。主镜的曲率半径为8451.233mm，圆锥系数为-0.973，顶点与次镜中心相距3414.636mm。

本发明中，所述次镜为656.420mm口径的圆形轮廓的二次凸非球面反射镜，次镜的曲率半径为1995.180mm，圆锥系数为-1.891，其顶点与平面反射镜中心相距4683.100mm。

本发明中，所述平面反射镜与光轴夹角为45^o，其轮廓为长870.000mm、宽270.156mm的矩形，其中心与三镜顶点相距1916.627mm，其作用是折转光路，缩短光学系统的长度。

本发明中，所述三镜为长940.000mm、宽440.000mm的方形轮廓的四次凹非球面反射镜。三镜的曲率半径为4567.607mm，圆锥系数为0.872，二次非球面系数为8.408×10^-5，四次非球面系数为7.49×10^-13，其顶点与内扫描镜中心相距2106.866mm。

本发明中，所述内扫描镜为长464.100mm、宽300.020mm的长方形平面反射镜，初始位置与光轴夹角为10^o。内扫描镜的水平、垂直旋转轴均位于内扫描镜平面内，均穿过其中心，且水平、垂直旋转轴互相垂直。

本发明中，所述像面区域为长0.530m、宽0.108m的矩形。

本发明中，所述光电变换器件可选择一种面线阵CCD。