[发明专利]一种同轴三反光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光学工程技术领域，具体涉及一种同轴三反光学系统，其为一种大口径大视场光学系统，实现对暗弱目标的大视场成像。

背景技术

随着航天技术的发展，各国发射的航天器日益增加，在轨运行的航天器、运载火箭残骸、以及空间碎片日益增多，航天器受到碎片的威胁越来越大，即使毫米量级的碎片也会对航天器构成致命的伤害。如何探测这些微小碎片，确定他们的空间轨道位置成为国际上亟待解决的难题。

要探测这些微小碎片需要光学系统具备很强的探测能力，通常需要大口径光学系统，以提高光学系统对暗弱光信号的收集能力。

为了有效地探测碎片，除了光学系统具备高探测能力外，还需要光学系统具备一定的视场，才能快速地搜索和跟踪到想要探测的碎片。然而光学系统的口径和视场是矛盾的，大口径的光学系统其视场都很小。

本发明提供一种同轴三反光学系统，同时具备大口径和大视场的探测能力，解决对微小碎片的高效率探测难题，这样的光学系统同样也可以适用与天文界对小行星的巡测。

发明内容

以对空间微小目标的快速搜索为目的，本发明公开了一种同轴三反光学系统，通过三块非球面镜构成大口径大视场的光学系统。

本发明采用的技术方案如下：一种同轴三反光学系统，其实现结构如图1所示，包括：主镜1、次镜2、第三镜3，4为光学系统像面。本发明的主镜采用凹抛物面结构，次镜为高次凸非球面，第三镜为凹高次非球面。主镜、次镜和第三镜的光轴重合，构成同轴三反光学系统。

其中，该光学系统无折射光学元件校正像差。

其中，所述的主镜1与所述的第三镜3作在同一镜坯上。

其中，主镜1采用抛物面结构，其焦比为F1.2；次镜2为高次凸非球面，其焦比为F1；第三镜3为凹高次非球面结构，其焦比为F1.06。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、本发明只有三块非球面镜实现3°的视场，避免使用透镜作校正镜，其优点是：(1)光学系统的元件少，光能损失小，有利于对暗弱目标的极限探测；(2)没有透射元件。当光学系统口径很大时，透射元件会受到材料的限制，导致系统实现困难。

2、本发明一体化的主镜和第三镜结构。为了保证反射镜的面形精度，大口径光学系统反射镜通常采用多点支持，支撑结构较复杂，因此希望尽可能简化支持和调整结构，在这种情况下，本发明的主镜和第三镜两块反射镜和为一体，在同一块镜坯上设计主镜1和第三镜3。主镜和第三镜光轴的偏心和夹角靠光学加工保证，避免在有限空间内做主镜和第三镜的相对调整，从而简化支撑结构。

附图说明

图1为本发明提出的同轴三反光学系统结构示意图。其中1为主镜，镜面为抛物面；2为次镜，镜面为凸高次非球面；3为第三镜，镜面为凹高次非球面；4为光学系统像面，像面为平面。

图2为光学系统成像点列图。轴上弥散圆直径为6μm，轴外0.45°视场弥散圆直径为6μm，轴外0.75°视场弥散圆直径为6μm，轴外1.05°视场弥散圆直径为7μm，轴外1.5°视场弥散圆直径为7μm。

图3为能量集中度曲线。轴上80％能量集中在7μm以内，轴外0.45°视场80％能量集中在8μm以内，轴外0.75°视场80％能量集中在8μm以内，轴外1.05°视场80％能量集中在8μm以内，轴外1.5°视场80％能量集中在9μm以内。

图4为光学系统传递函数曲线。轴上视场截止频率为30对线/mm时，光学系统传递函数为>0.9，轴上视场截止频率为30对线/mm时，光学系统传递函数为>0.85。

图5为球差、场曲及畸变曲线。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

一种同轴三反光学系统，其实现结构如图1所示，包括：主镜1、次镜2、第三镜3，4为光学系统像面。主镜、次镜和第三镜的光轴重合，构成同轴三反光学系统。

本发明的主镜采用凹抛物面结构，其焦比为F1.2；次镜为高次凸非球面，其焦比为F1；第三镜为凹高次非球面结构，其焦比为F1.06。这样构成的光学系统焦比为F1.66，可以达到3°视场，光学系统参数如表1所示。

表1光学系统参数表

采用的非球面方程为：