[实用新型]一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统

说明书

本实用新型属于光学成像领域，涉及一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统。主要用于大视场高分辨率对地成像。解决现有遥感光学系统不能同时满足成像视场大、工作波段较宽与结构紧凑要求的问题。沿光线传播方向依次包括主镜、次镜、三镜、四镜和补偿透镜；主镜、次镜与三镜的轴向中心均开设内孔，三镜嵌入主镜的内孔中；四镜嵌入次镜的内孔中；光线在传播方向上依次经过主镜、次镜、三镜、四镜的反射后透过补偿透镜，到达焦平面成像；主镜、次镜、三镜与四镜均为最高次数为四次的偶次非球面镜，采用四块偶次非球面反射镜对光路进行折转，使得系统的总长大大缩减，同时主镜与三镜、次镜与四镜一体加工，减小系统的总镜片数量，降低系统装调难度。

技术领域

本实用新型属于光学成像领域，具体涉及一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统。主要用于大视场高分辨率对地成像，也可用于城市安全监控、国土普查、防灾减灾等领域。

背景技术

随着光学技术发展，光学遥感领域的重要性不断增加，同时对用于遥感的光学系统提出了更高性能的要求。为适应新的性能要求，遥感光学系统逐步向长焦距、大口径、宽谱段、大视场、结构紧凑等方向发展，而全反射系统在实现上述指标上具有独特的优势。传统的RC系统具有长焦距、大口径、结构紧凑、易装调等优势，由于采用了透射补偿镜，系统的工作波段较窄，且系统成像视场很难做大；离轴三反射光学系统虽能够实现长焦距、大口径、宽谱段、大视场等功能，但是单系统本身的装调较为复杂，总体尺寸也比较大。同时为了扩大视场和校正像差，在离轴三反射的基础上也发展出了离轴四反射结构，进一步加剧了系统总体尺寸与装调的复杂度。

北京空间机电研究所葛婧菁等人申请的专利号为CN 109459844A的专利《一种紧凑型大视场互嵌式折反射光学系统》，系统采用了复杂化的格里高利系统，次镜与三镜之间存在一个中间像面，以同轴四反射的形式实现了一种更优化的系统设置，整体结构紧凑、总长度小于有效焦距的1/10，全视场可达3°，成像质量接近衍射极限。说明书中给出了光学系统的入瞳直径为1250mm，焦距为7700mm，假定系统的遮拦比为1/3，系统等效F#＝6.7。系统可以理解为格里高利系统，区别在于补偿镜为反射镜，由于格里高利系统本身的成像视场较小，采用反射镜作为补偿镜之后，整体成像视场仍然不大。RC系统类似于格里高利系统，区别在于没有一次像面，成像视场更大。

因此，本实用新型根据RC系统提出一种基于RC系统的同轴四反射光学系统，系统具有成像视场大，系统F#小，系统结构紧凑、工作谱段宽、成像质量高等特点。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统，以解决现有遥感光学系统不能同时满足成像视场大、工作波段较宽与结构紧凑要求的问题。

本实用新型光学系统具有成像视场大，系统F#小等特点，同时还具有结构紧凑、工作谱段宽、成像质量高、装调简单等特点。

本实用新型的技术解决方案是提供一种紧凑型大视场小F#折反射光学系统，其特殊之处在于：沿光线传播方向依次包括主镜、次镜、三镜、四镜和补偿透镜；还包括设置在次镜上的光阑；

所述主镜、次镜与三镜的轴向中心均开设内孔，所述三镜嵌入主镜的内孔中，三镜的外周面紧贴主镜内孔孔壁；所述四镜嵌入次镜的内孔中，四镜的外周面紧贴次镜内孔孔壁；所述补偿透镜位于三镜内孔中，与三镜内孔孔壁之间具有间隙；光线在传播方向上依次经过主镜、次镜、三镜、四镜的反射后透过补偿透镜，到达焦平面成像；

所述主镜、次镜、三镜与四镜均为最高次数为四次的偶次非球面镜，所述补偿透镜的表面为球面；

所述主镜与次镜、次镜与三镜、三镜与四镜之间的中心间距均相等。

进一步地，所述主镜的曲率半径为-76.80mm，所述主镜与次镜的中心间距为38.70mm，所述主镜的conic系数为-1.00，所述主镜的二次项系数为3.8340e^-3，所述次镜的四次项系数为1.9887e^-8。