[发明专利]一种结构紧凑的自由曲面离轴两反射望远物镜系统

说明书

本发明提供一种结构紧凑的自由曲面离轴两反射望远物镜系统，解决现有反射望远物镜系统尺寸相对较大以及像差矫正能力比较受限的问题。该系统包括观察反射镜、会聚反射镜和探测器；被探测目标的光线沿着传播方向，依次通过观察反射镜、会聚反射镜到达探测器上成像；观察反射镜的光焦度为负，会聚反射镜的光焦度为正；孔径光阑位于观察反射镜处；观察反射镜与会聚反射镜的表面面形均为自由曲面，自由曲面的面形描述采用6阶扩展多项式，只包括x的偶次方项，该系统是一种视场、相对孔径大的紧凑型离轴两反自由曲面望远物镜系统，其在保证光学指标的基础上，进一步缩短系统尺寸，空间各方向尺寸均小于一半焦距。

技术领域

本发明属于反射式望远物镜系统，具体涉及一种结构紧凑的自由曲面离轴两反射望远物镜系统。

背景技术

望远光学系统用来放大远处的探测目标，一般由物镜及目镜两部分组成。物镜用来收集远处目标发射的平行光线并成像，成像的物镜可以结合目镜使用，也可以直接成像在光电探测器上。

受限于像差矫正能力，传统反射式望远物镜一般采用同轴结构，导致光线遮拦，影响光通量。离轴反射望远物镜避免了光学遮拦，但一般指标不高、元件较多、体积很大。离轴反射物镜可以分为折射式、折反式以及反射式三中。反射式由于其孔径大、无色差的特点，更加适用于对遥远暗弱目标的宽谱段成像。

在机载、星载遥感探测任务中，由于航天航空器的自身尺寸限制，其对设备的尺寸十分敏感。在保证光学性能的基础上尽可能缩小望远物镜系统的尺寸，对于望远物镜在航空航天中的应用有重要意义。现有的离轴反射望远物镜系统一般采用球面或者非球面设计，比较典型的有离轴两反及离轴三反结构。离轴三反结构视场大，像差矫正能力好，但尺寸相对较大；离轴两反结构相对紧凑，比较适合尺寸较为受限的应用领域，但由于其优化自由度少，离轴两反光学系统的像差矫正能力比较受限，不利于实现大视场、大相对孔径的光学性能。因此，亟需设计一种光学性能较好的离轴两反望远系统，以满足现有的机载、星载遥感探测任务中对望远物镜的光学性能、体积的需求。

发明内容

本发明的目的是解决现有离轴三反反射望远物镜系统尺寸相对较大，以及离轴两反反射望远物镜系统像差矫正能力比较受限的问题，提供一种结构紧凑的自由曲面离轴两反射望远物镜系统，该系统是一种视场、相对孔径大的紧凑型离轴两反自由曲面望远物镜系统，其在保证光学指标的基础上，进一步缩短系统尺寸，空间各方向尺寸均小于一半焦距。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种结构紧凑的自由曲面离轴两反射望远物镜系统，包括观察反射镜、会聚反射镜和探测器；被探测目标的光线沿着传播方向，依次通过观察反射镜、会聚反射镜到达探测器上成像；所述观察反射镜的光焦度为负，所述会聚反射镜的光焦度为正；孔径光阑位于观察反射镜处；所述观察反射镜与会聚反射镜的表面面形均为自由曲面，自由曲面的面形描述采用6阶扩展多项式，只包括x的偶次方项；所述观察反射镜、会聚反射镜离轴角均在10°～20°之间，沿x轴逆时针方向旋转；所述会聚反射镜至探测器像面沿y轴方向的距离小于70mm，所述观察反射镜至会聚反射镜沿x轴方向的距离小于60mm；自由曲面离轴两反射望远物镜系统的F数范围为3.5～4.5，入瞳直径范围为30～50mm，视场角为矩形视场，对角视场范围在2.5°～3.5°；所述会聚反射镜上边缘与被探测目标的光线设置有一定距离，使得会聚反射镜上边缘不与光线干涉；所述观察反射镜上边缘与探测器下边缘设置有一定距离，使得观察反射镜上边缘与探测器下边缘互不干涉。

进一步地，所述观察反射镜、会聚反射镜的偏心量为0。

进一步地，自由曲面离轴两反射望远物镜系统的F数为4，有效焦距为150mm，对角全视场为2.5°。

进一步地，所述观察反射镜与会聚反射镜的扩展多项式为