[发明专利]一种同轴四反光学系统

说明书

本发明提供的同轴四反光学系统，包括沿光轴回转对称设置的第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、一次像面、分光镜、第一焦平面及第二焦平面，物方无穷远物体发出的光束经过第一反射镜反射进入到第二反射镜上，再经第二反射镜反射汇聚在所述一次像面上，光束经过上述一次像面后发散，入射到第三反射镜上，经过第三反射镜反射后，反射到第四反射镜上，经过第四反射镜反射后入射进入分光镜，光束经分光镜分光后分别汇聚在第一焦平面和所述第二焦平面上，本发明采用同轴四反的光学系统结构形式，利用光路的多次折叠，降低系统的总长，光学系统的筒长焦距比进一步减少，提高光学系统的像差平衡能力。

技术领域

本发明涉及光学成像系统技术领域，特别涉及一种同轴四反光学系统。

背景技术

随着空间探测和对地观测需求的不断提高，高分辨率成像对空间光学载荷的焦距提出较高的要求，一般情况下，焦距越长，成像的分辨率越高。现今主流的商用卫星载荷的焦距已经发展到8～10米或者更高的级别，例如IKONOS相机的焦距为10m，WorldView2相机的焦距达到13m。长焦距相机虽然会带来成像分辨率的提升，同时也会引起光学系统的质量和体积增加，对于卫星或者导弹的反射成本也会相应的增加。所以长焦距光学载荷的轻小化设计是实现载荷本身质量和体积小型化的有效途径。

空间遥感光学系统多采用折反混合式和全反射式光学系统。折反射式光学系统针对不同的成像波段会引入色差，同时系统的重量和体积无法满足长焦距光学载荷的要求，所以大部分空间载荷选择全反射式光学系统。全反射式光学系统分为同轴系统和离轴系统两类，离轴系统可以实现大视场成像，但是体积和重量比同轴要大，同时光学系统的装调难度变大。同轴系统可以通过紧凑型设计将光学系统的体积进行压缩，实现超紧凑式光学布局。

中国专利公开号为CN106094186A，专利名称为“一种长焦距超短筒长同轴全反射光学系统”，该发明中论述了一种像方焦距1000mm，入瞳直径1400mm的光学设计，该系统第一反射镜和第三反射镜为高次非球面，第二反射镜为二次曲面，采用次镜复用(即次镜在光路中参与两次成像)的形式实现同轴四反光学系统的结构布局，在保证成像质量的情况下，缩小了系统的筒长。

现有的技术采用三个反射镜平衡光学系统的像差，无法在保证成像质量的同时，进一步缩小系统的筒长，减少光学系统的体积；现有技术第二反射镜在成像光路中复用，所以第二反射镜的制造公差比较严；同时第二反射镜为凸的二次曲面，凸的二次曲面加工和检测都比较困难，给光学反射镜的制造和面形检测增添很多困难。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种能够提高光学系统的像差平衡能力同时降低反射镜复用带来的加工公差严的问题的同轴四反光学系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了一种同轴四反光学系统，包括：第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、一次像面、分光镜、第一焦平面及第二焦平面，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、一次像面、分光镜、第一焦平面及第二焦平面位于同一光轴上，且相对于光轴回转对称。光学系统的结构形式为第一反射镜和第三反射镜采用共体设计，两块反射镜位置接近，第二反射镜位于远离第一反射镜和第三反射镜的一侧，第四反射镜位于第一反射镜和第二反射镜之间，一次像面位于第四反射镜的中心位置，分光镜和第一焦平面以及第二焦平面位于第一反射镜的第三反射镜的另外一侧；其中：

物方无穷远物体发出的光束经过所述第一反射镜反射进入到所述第二反射镜上，再经第二反射镜反射汇聚在所述一次像面上，光束经过上述一次像面后发散，入射到所述第三反射镜上，经过所述第三反射镜反射后，反射到所述第四反射镜上，经过所述第四反射镜反射后入射进入所述分光镜，光束经所述分光镜透分光后分别汇聚在所述第一焦平面和所述第二焦平面上。

在一些较佳的实施例中，所述第一反射镜为凹非球面，所述第一反射镜的反射面具有六次非球面系数。