一種雙焦距一體化成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種雙焦距一體化成像系統(tǒng)，由長焦通道及短焦通道構(gòu)成，二者皆由離軸三反光學(xué)系統(tǒng)組成，短焦通道用于實(shí)現(xiàn)大范圍目標(biāo)區(qū)域普查，長焦通道用于實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)區(qū)域高分辨率成像。本實(shí)用新型系統(tǒng)主要特點(diǎn)：短焦通道與長焦通道共用主鏡，分別通過次鏡、三鏡校正像差實(shí)現(xiàn)焦距不同、像質(zhì)優(yōu)良，利用偏視場角不同、次鏡離軸量不同等方法實(shí)現(xiàn)兩通道結(jié)構(gòu)元件無干涉，實(shí)現(xiàn)“單平臺、單相機(jī)”空間詳普查的一體化。
【專利說明】一種雙焦距一體化成像系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于航天光學(xué)遙感器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種普查與詳查技術(shù)相結(jié)合的雙焦距一體化成像光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著空間科學(xué)的飛速發(fā)展，空間光學(xué)觀測技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于空間天文觀測，深空探測及對地觀測等領(lǐng)域。由于在資源勘測、環(huán)境減災(zāi)、氣象觀測、軍事偵察和深空探測等領(lǐng)域的巨大需求，世界各國在空間光學(xué)領(lǐng)域都進(jìn)行了相當(dāng)大的投入，這些應(yīng)用領(lǐng)域既需要完成對大范圍地面目標(biāo)的普查，又希望可以完成對特定區(qū)域的詳查。普查強(qiáng)調(diào)的是相機(jī)的觀測覆蓋能力，主要進(jìn)行寬覆蓋的對地中、低分辨率成像，完成對全局目標(biāo)的觀測和搜索，相機(jī)特點(diǎn)是短焦距大視場；詳查則強(qiáng)調(diào)的是相機(jī)的信息獲取能力，主要完成對重要目標(biāo)或區(qū)域的高分辨率成像，獲取感興趣目標(biāo)的詳細(xì)信息，相機(jī)特點(diǎn)為長焦距窄視場。這種普查和詳查的特殊需求要求空間光學(xué)系統(tǒng)兼具普查和詳查的功能，這種高度集成的不同分辨率的空間相機(jī)成為未來空間對地觀測系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。
[0003]目前國內(nèi)外實(shí)現(xiàn)詳普查相結(jié)合的方法主要有二種:第一種就是憑借多顆衛(wèi)星靈活組合或單顆衛(wèi)星機(jī)動變軌來實(shí)現(xiàn)高低分辨率、寬窄視場的地面覆蓋，然而，多顆衛(wèi)星組合會造成整個衛(wèi)星系統(tǒng)制造成本的增加，代價過高，而單顆衛(wèi)星機(jī)動變軌則會加快衛(wèi)星燃料的消耗，縮短衛(wèi)星在軌運(yùn)行壽命；第二種是在衛(wèi)星平臺上使用多臺具有不同分辨率和視場的光學(xué)載荷，分別完成普查和詳查成像，但多臺載荷必然會增加體積、功耗及重量。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙焦距一體化成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“單平臺、單相機(jī)”空間詳普查的一體化。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種雙焦距一體化成像系統(tǒng)，其特征在于:包括短焦通道和長焦通道；短焦通道由離軸三反消像散光學(xué)系統(tǒng)組成，包括共用主鏡、次鏡A、三鏡A和接收像面A ;長焦通道亦由離軸三反消像散光學(xué)系統(tǒng)組成，包括共用主鏡、次鏡B、三鏡B、平面折轉(zhuǎn)鏡B和接收像面B ;短焦通道入射光線依次通過共用主鏡、次鏡A、三鏡A后成像于接收像面A ;長焦通道入射光線依次通過共用主鏡、次鏡B、三鏡B，再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)鏡B后成像于接收像面B ;短焦通道孔徑光闌位于次鏡A處，次鏡A偏離短焦通道離軸三反消像散光學(xué)系統(tǒng)的光軸放置；長焦通道孔徑光闌位于次鏡B處，次鏡B放置于長焦通道離軸三反消像散光學(xué)系統(tǒng)的光軸上。
[0006]所述的三鏡A (4)、三鏡B (5)均采用凹10次非球面鏡。
[0007]所述的次鏡A (2)、次鏡B (3)均采用凸10次非球面鏡。
[0008]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0009](I)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了 “單平臺”即單顆衛(wèi)星詳普查一體化成像，無需多顆衛(wèi)星組網(wǎng)，制造成本大大降低。[0010](2)本實(shí)用新型可利用單臺相機(jī)完成大范圍區(qū)域的普查和特定目標(biāo)區(qū)域的詳查，在此過程中無需衛(wèi)星平臺變軌，不影響衛(wèi)星在軌運(yùn)行壽命。
[0011](3)本實(shí)用新型系統(tǒng)通過共用主鏡、采用不同偏視場角、部分元件離軸等方法得到結(jié)構(gòu)合理、緊湊的雙焦距一體化成像系統(tǒng)，同多臺相機(jī)詳普查技術(shù)相比，簡化了系統(tǒng)的構(gòu)成，減輕了系統(tǒng)的重量，降低了功耗，提高了系統(tǒng)剛度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型系統(tǒng)短焦通道光學(xué)傳遞函數(shù)圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型系統(tǒng)長焦通道光學(xué)傳遞函數(shù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，為本實(shí)用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖，由短焦通道和長焦通道構(gòu)成。短焦通道實(shí)現(xiàn)大范圍目標(biāo)區(qū)域普查；長焦通道實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)區(qū)域高分辨率成像兩通道都采用離軸三反消像散系統(tǒng)，共用主鏡。入射光學(xué)經(jīng)主鏡反射進(jìn)入各自的次鏡、三鏡，最后成像于各自接收像面。
[0016]本實(shí)用新型的一個實(shí)施方案為:短焦通道入瞳133mm，焦距930mm，視場18° ;長焦通道入瞳255mm，焦距2800mm，視場2.4° ;長焦通道焦距為短焦通道焦距的3倍。
[0017]短焦通道包括共用主鏡1、次鏡A2、三鏡A4和第一接收像面A7 ;長焦通道包括共用主鏡1、次鏡B3、三鏡B5、平面折轉(zhuǎn)鏡B6和接收像面B8 ;短焦通道入射光線依次通過共用主鏡1、次鏡A2、三鏡A4后成像于接收像面A7 ;長焦通道入射光線依次通過共用主鏡1、次鏡B3、三鏡B5，再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)鏡B6成像于接收像面B8。
[0018]為校正像差，共用主鏡1、三鏡A4、三鏡B5采用凹10次非球面，次鏡A2、次鏡B3采用凸10次非球面，從而實(shí)現(xiàn)兩通道優(yōu)良的成像質(zhì)量。
[0019]為使兩通道非共用元件在結(jié)構(gòu)上不發(fā)生干擾，兩通道采用了不同的偏視場角度，同時主鏡I離軸，短焦通道次鏡A2離軸，長焦通道次鏡B3未離軸，長焦通道在三鏡B5后加入平面折轉(zhuǎn)鏡B6將光線折向上方進(jìn)入接收像面B8，得到了結(jié)構(gòu)合理布局的雙焦距一體化成像系統(tǒng)。
[0020]圖2、圖3分別為短焦通道及長焦通道的光學(xué)傳遞函數(shù)圖，圖中所示橫坐標(biāo)代表空間頻率，縱坐標(biāo)代表調(diào)制傳遞函數(shù)。空間頻率為501p/mm時,短焦通道調(diào)制傳遞函數(shù)均值約
0.65，長焦通道調(diào)制傳遞函數(shù)均值約0.47，二者均接近衍射極限，成像質(zhì)量優(yōu)良。
[0021]本實(shí)用新型說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙焦距一體化成像系統(tǒng)，其特征在于:包括短焦通道和長焦通道；短焦通道由離軸三反消像散光學(xué)系統(tǒng)組成，包括共用主鏡(I)、次鏡A (2)、三鏡A (4)和接收像面A (7);長焦通道亦由離軸三反消像散光學(xué)系統(tǒng)組成，包括共用主鏡(I)、次鏡B (3)、三鏡B (5)、平面折轉(zhuǎn)鏡B (6)和接收像面B (8);短焦通道入射光線依次通過共用主鏡(I)、次鏡A (2)、三鏡A (4)后成像于接收像面A (7);長焦通道入射光線依次通過共用主鏡(I)、次鏡B (3)、三鏡B (5)，再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)鏡B (6)后成像于接收像面B (8);短焦通道孔徑光闌位于次鏡A (2)處，次鏡A (2)偏離短焦通道離軸三反消像散光學(xué)系統(tǒng)的光軸放置；長焦通道孔徑光闌位于次鏡B (3)處，次鏡B (3)放置于長焦通道離軸三反消像散光學(xué)系統(tǒng)的光軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙焦距一體化成像系統(tǒng)，其特征在于:所述的三鏡A(4)、三鏡B (5)均采用凹10次非球面鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙焦距一體化成像系統(tǒng)，其特征在于:所述的次鏡A(2)、次鏡B (3)均采用凸10次非球面鏡。
【文檔編號】G02B27/00GK203519919SQ201320599250
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】安寧, 張宇烽, 王保華, 何寶琨 申請人:北京空間機(jī)電研究所