大視場同離軸一體三反式空間光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天航空光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大視場同離軸一體三反式空間光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在航天航空以及即將開發(fā)的臨近空間光學(xué)遙感器領(lǐng)域中，對空間光學(xué)相機高分辨力和大視場成像的要求不斷提高，一般需要較長焦距、較大視場的反射式光學(xué)系統(tǒng)，其相對于傳統(tǒng)的透射式相機光學(xué)系統(tǒng)而言具有譜段寬、結(jié)構(gòu)簡單、體積小與重量輕的優(yōu)點，且反射系統(tǒng)不產(chǎn)生色差，反射式光學(xué)系統(tǒng)將成為今后航空航天相機、以至即將開發(fā)的臨近空間相機的發(fā)展方向。
[0003]此類空間光學(xué)相機到目前為止，國內(nèi)外多采用兩種形式的三反射式光學(xué)系統(tǒng)(TMA)，同軸三反光學(xué)系統(tǒng)和離軸三反光學(xué)系統(tǒng)。普通的同軸三反光學(xué)系統(tǒng)孔徑光闌位于主鏡上，具有中間像面和實出瞳，成像視場一般都較小，同時不可避免地存在著較大的遮攔，因而設(shè)計時為獲得高傳遞函數(shù)值(MTF)和在紅外波段的探測能力，需要適當減小F數(shù)，增加反射鏡尺寸，但同時加工和檢測的難度將隨之增加，設(shè)計視場也會隨之減少；離軸三反光學(xué)系統(tǒng)中不存在遮攔，孔徑光闌位于主鏡上的離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的視場約為同軸三反光學(xué)系統(tǒng)的兩倍，但大口徑離軸反射鏡的加工、檢測和系統(tǒng)的裝調(diào)難度較大。
[0004]與本發(fā)明較為接近的已有技術(shù)是Korsch, D.Anastigmatic three-mirrortelescope, Appl.0pt.16#8 (1977)和 Cook, L.G.Three-mirror anastigmat used off-axisin aperture and field, Proc SPIE 183, 207-211 (1979).文中所示的光學(xué)系統(tǒng)。Korsch, D文中所述光學(xué)系統(tǒng)的視場只能達到1°?2° ;Cook, L.G.文中所述光學(xué)系統(tǒng)的視場可達到2°?4°。上述兩種光學(xué)系統(tǒng)均具有中間像面和實出瞳，都可通過加入平面反射鏡對光路進行合理的折疊，以保證實出瞳在雜散光抑制中的可用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在保證空間光學(xué)相機小體積(0AL = 0.22?0.25f)的條件下，使空間光學(xué)相機同時具備高分辨率觀測和大視場(4°?6° )成像能力，實現(xiàn)普查、詳查一體化；使空間光學(xué)相機成本降低，易于裝調(diào)，并具有較高的傳遞函數(shù)(MTF)值，以便在航天、航空以及臨近空間應(yīng)用，本發(fā)明提供了一種大視場同離軸一體三反式空間光學(xué)系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明的大視場同離軸一體三反式空間光學(xué)系統(tǒng)，整個光學(xué)系統(tǒng)按照光路設(shè)計的右手空間坐標系有序排列，z軸方向為整個光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向，yoz平面為整個光學(xué)系統(tǒng)的子午面，XOZ平面為整個光學(xué)系統(tǒng)的弧矢面，yoz平面和XOZ平面相互垂直，且yoz平面和xoz平面都垂直于z軸；中部視場外，入射光線在xoz平面內(nèi)投影斜率為正的視場為左視場，入射光線在xoz平面內(nèi)投影斜率為負的視場為右視場，左視場和右視場相對于yoz平面對稱；
[0008]整個光學(xué)系統(tǒng)包括中部視場的小F數(shù)同軸三反光學(xué)系統(tǒng)、左視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)和右視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)；
[0009]中部視場的小F數(shù)同軸三反光學(xué)系統(tǒng)由主鏡、次鏡、中部孔徑光闌、中部矩形通光孔、中部第一折疊鏡、中部第三鏡、中部第二折疊鏡和中部焦平面組成；所述中部矩形通光孔設(shè)置在主鏡中部上側(cè)，所述中部孔徑光闌位于主鏡上，所述中部第三鏡與經(jīng)中部第一折疊鏡折轉(zhuǎn)后的光線光軸同軸，所述主鏡、次鏡、中部第一折疊鏡、中部第三鏡、中部第二折疊鏡的鏡面中心都在yoz平面上；中部視場的物體光線依次經(jīng)主鏡反射、次鏡反射后由中部矩形通光孔出射，出射光線再依次經(jīng)中部第一折疊鏡折轉(zhuǎn)、中部第三鏡、中部第二折疊鏡折轉(zhuǎn)后成像在中部焦平面上；
[0010]左視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)由主鏡、次鏡、左部矩形通光孔、左部折疊鏡、左部第三鏡、左部孔徑光闌和左部焦平面組成；所述左部矩形通光孔設(shè)置在主鏡中部左下偵牝所述左部孔徑光闌位于左視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳處；左視場的物體光線依次經(jīng)主鏡反射、次鏡反射后由左部矩形通光孔出射，出射光線再依次經(jīng)左部折疊鏡折轉(zhuǎn)、左部第三鏡、左部孔徑光闌后成像在左部焦平面上；
[0011]右視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)由主鏡、次鏡、右部矩形通光孔、右部折疊鏡、右部第三鏡、右部孔徑光闌和右部焦平面組成；所述右部矩形通光孔設(shè)置在主鏡中部右下偵牝所述右部孔徑光闌位于右視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳處；右視場的物體光線依次經(jīng)主鏡反射、次鏡反射后由右部矩形通光孔出射，出射光線再依次經(jīng)右部折疊鏡折轉(zhuǎn)、右部第三鏡、右部孔徑光闌后成像在右部焦平面上；
[0012]中部視場的小F數(shù)同軸三反光學(xué)系統(tǒng)、左視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)和右視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)共用主鏡和次鏡，所述主鏡和次鏡與整個光學(xué)系統(tǒng)的光軸共軸。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]1、本發(fā)明將二次成像的小F數(shù)同軸三反光學(xué)系統(tǒng)和兩個大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)相結(jié)合，為獲得大視場，將帶狀視場分為中部、左部、右部三個部分，并分別采用不同的第三鏡進行成像。小F數(shù)同軸三反光學(xué)系統(tǒng)對中部帶狀視場進行成像，具有傳遞函數(shù)高、成像質(zhì)量好、分辨率高的特點，同時具有紅外觀測能力；而兩個大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)分別對左右?guī)钜晥鲞M行成像，易于校正軸外像差。在保證對中部視場高分辨率觀測的同時實現(xiàn)大視場成像，本發(fā)明的整個光學(xué)系統(tǒng)的全視場均具有較高的傳遞函數(shù)(MTF)。
[0015]2、本發(fā)明的整個光學(xué)系統(tǒng)成像視場可達4°?6°，是相近體積同軸三反光學(xué)系統(tǒng)成像視場的4倍。通過實踐證明，本發(fā)明在4°?6°的成像視場范圍內(nèi)，整個光學(xué)系統(tǒng)長度可以達到焦距的0.22?0.25倍，使得空間光學(xué)相機在獲得大視場的同時，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小且重量輕，同時本發(fā)明可同時實現(xiàn)普查、詳查觀測，可在可見和紅外波段對目標進行觀測。
[0016]3、本發(fā)明相對于單一同軸三反光學(xué)系統(tǒng)，解決了空間光學(xué)相機高分辨率與大視場及輕小體積的矛盾；本發(fā)明通過共用主鏡和次鏡，與三套獨立的光學(xué)系統(tǒng)相比，可以有效節(jié)約兩套主次鏡的加工、制造和檢測成本，簡化裝調(diào)過程，加工裝調(diào)成本大幅降低，為新一代高分辨率、大視場、輕小體積空間光學(xué)相機的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計提供了新的方案。
[0017]4、本發(fā)明的整個光學(xué)系統(tǒng)中，小F數(shù)同軸三反光學(xué)系統(tǒng)和兩個大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)都具有中間像面和實出瞳，可以設(shè)計視場光闌和里奧光闌以更好的抑制雜光，提高成像質(zhì)量，并可設(shè)計后續(xù)系統(tǒng)與出瞳承接完成不同的觀測任務(wù)。
[0018]5、本發(fā)明的大視場同離軸一體三反式空間光學(xué)系統(tǒng)，特別適合于高分辨率、寬覆蓋、大視場、輕型的空間光學(xué)相機鏡頭，可以廣泛應(yīng)用于航天航空以及臨近空間成像、偵察和觀測。
【附圖說明】
[0019]圖1為中部視場的小F數(shù)同軸三反光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為中部視場的小F數(shù)同軸三反光學(xué)系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為中部視場的小F數(shù)同軸三反光學(xué)系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為左視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5為左視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6為左視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖7為右視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖8為右視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖9為右視場的大F數(shù)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖10為本發(fā)明的大視場同離軸一體三反式空間光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖11為本發(fā)明的大視場