專利名稱：衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種空間成像光學(xué)系統(tǒng)，主要用于空間攝影，空間對地觀測遙感等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代小型化衛(wèi)星的發(fā)射特點(diǎn)，要求其所攜帶的光學(xué)系統(tǒng)具有質(zhì)量輕、分辨率高、大視場 的特點(diǎn)。目前針對以上特點(diǎn)有兩種解決方法采用非球面反射鏡做主鏡的反射式空間望遠(yuǎn)鏡 光學(xué)系統(tǒng)，其對非球面的面形精度要求高，加工難度大，成本高；釆用衍射透鏡做主鏡的透 射式光學(xué)系統(tǒng)，雖然具有比較寬松的公差要求，但難以解決大視場和輕量化的矛盾。而基于 復(fù)眼結(jié)構(gòu)的衍射望遠(yuǎn)鏡，仿照生物復(fù)眼一對一結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，能夠滿足現(xiàn)代小型衛(wèi)星的要求， 由于其物鏡組和目鏡組在空間均成一定角度排列，因此在裝調(diào)上存在一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新概念的空間望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)——衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)。該衍射復(fù) 眼望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)能夠解決傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)質(zhì)量輕成本低與大視場高分辨率的矛盾。
本發(fā)明衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)包括衍射物鏡i ，目鏡組n，接收器組ni。 衍射物鏡i是一個(gè)在平凸透鏡的平面上制作二元衍射面的衍射透鏡。目鏡組n由n
(3^ 219，且n為奇數(shù))個(gè)子目鏡系統(tǒng)組成，以衍射物鏡主光軸為中心左右對稱連續(xù)排列，
位于衍射物鏡主光軸上的子目鏡0;在主光軸右側(cè)的子目鏡系統(tǒng)1、子目鏡系統(tǒng)2…子目鏡
系統(tǒng)^;在主光軸的左側(cè)的子目鏡系統(tǒng)1'、子目鏡系統(tǒng)2'…子目鏡系統(tǒng)(^1)'。為 2 2
了增大接收器組m的調(diào)試空間，每個(gè)子目鏡系統(tǒng)都是由 一個(gè)雙膠合透鏡A， 一個(gè)雙膠合透
鏡B，兩個(gè)不同曲率半徑的單透鏡C和單透鏡D，共四個(gè)透鏡所組成。
而接收器組m對應(yīng)目鏡組n，即在每一個(gè)子目鏡系統(tǒng)后面焦點(diǎn)位置處都有一個(gè)獨(dú)立的接 收器。
本發(fā)明的光路設(shè)計(jì)即位置關(guān)系-
豎直方向放置衍射物鏡I 。衍射物鏡I消色差中心波長的焦距為L，在衍射物鏡I的主光軸上L位置處垂軸放置子目鏡系統(tǒng)O;以衍射透鏡的后主點(diǎn)為中心，水平方向逆時(shí)針旋主 光軸0.2'，在距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡1，水平方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)主光軸0.4°，
距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡系統(tǒng)2…水平方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)主光軸(^) *0.2°，
距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡系統(tǒng)W;以衍射透鏡的后主點(diǎn)為中心，水平方向
2
順時(shí)針旋主光軸o.2'，在距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡r ，水平方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)
主光軸0.4° ，距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡系統(tǒng)2'…水平方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)主光
軸(^Z1) *0.2、距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡系統(tǒng)(^)'。接收器組III中 2 2
的n個(gè)接收器分別放置在目鏡組II每個(gè)子目鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置處。 本發(fā)明的成像光路
在可見光寬波段光譜范圍內(nèi)，從無窮遠(yuǎn)處物體發(fā)出的光，經(jīng)過衍射物鏡I和目鏡組II成
像在接收器組in上。其中目鏡組n中的每一個(gè)子目鏡系統(tǒng)對應(yīng)一定視場角內(nèi)的圖像，子目鏡 系統(tǒng)o對應(yīng)-o. r到o. r視場角內(nèi)的圖像，子目鏡系統(tǒng)i對應(yīng)逆時(shí)針o. r到o. 3°視場角內(nèi)
的圖像…子目鏡^對應(yīng)逆時(shí)針(0.1n-0.2) °到(O.ln)。視場角內(nèi)的圖像；相應(yīng)的，子目 2
鏡系統(tǒng)l'對應(yīng)順時(shí)針O. r到0.3。視場角內(nèi)的圖像…子目鏡(^)'對應(yīng)順時(shí)針(0.1n-0.2)
°到(O.ln)。視場角內(nèi)的圖像。相鄰視場角的圖像可以拼接在一起，從而形成對物體視場角 內(nèi)的完整圖像，衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的成像大小由其所使用的子目鏡個(gè)數(shù)決定。 根據(jù)具體應(yīng)用情況，作以下說明
1、 整個(gè)衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的視場角由所用的目鏡組II的個(gè)數(shù)n所決定，其中 3SwS19，且n為奇數(shù)。
2、 n個(gè)子目鏡要連續(xù)排列，才能對連續(xù)視場成像。
3、 采用好的接收器，能降低各部分光電噪聲的影響，從而獲得更清晰的圖像。 本發(fā)明的有益效果是第一該衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)具有寬光譜0.4/^—0.7//附、高分辨率和質(zhì)量輕的特點(diǎn)。 第二衍射物鏡是透射型光學(xué)元件，因透射表面上面形誤差影響比反射表面要好 16(//#)2倍，具有寬松的制作公差，且衍射光學(xué)元件易復(fù)制，制作成本低。
第三按照生物復(fù)眼一對多結(jié)構(gòu)排列的目鏡組擴(kuò)大了光學(xué)系統(tǒng)的視場角，最大可達(dá)
3.8° 。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。 圖1為衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為衍射物鏡I和軸上子目鏡系統(tǒng)0的傳遞函數(shù)曲線。 圖3為衍射物鏡I和子目鏡系統(tǒng)9的傳遞函數(shù)曲線。 圖4為軸上子目鏡系統(tǒng)0的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖l、 2、 3、 4，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明
圖1中，衍射物鏡I (孔徑光闌)口徑50mm, f/tt=49，基底為lmra的K9玻璃(選用低
密度薄膜材料用以減小質(zhì)量)，其第一個(gè)面是二元衍射面；黑框中子目鏡系統(tǒng)II口徑8mm;
框外為接收器組m。系統(tǒng)工作波段0.4/^"0.7/卵，系統(tǒng)f/^3.88，視場角由子目鏡系統(tǒng)
個(gè)數(shù)所決定w=(0.2x")°。
圖2中，在空間頻率501p/mm處，各視場的傳遞函數(shù)可達(dá)到0. 7以上。 圖3中，在空間頻率501p/mm處，各視場的傳遞函數(shù)可達(dá)到0. 6以上。 圖4中，每個(gè)子目鏡系統(tǒng)都是由 一個(gè)K9和ZF1玻璃膠合而成的正透鏡A， 一個(gè)ZF1
和K9玻璃膠合而成的負(fù)透鏡B，兩個(gè)不同曲率半徑的K9玻璃單透鏡C和單透鏡D，共四個(gè)
透鏡所組成。
實(shí)施例1:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明，依照附圖l所示，按以下步驟擺放光路
1:首先豎直放置衍射物鏡I，并標(biāo)定衍射物鏡I在中心波長587.6nm下的焦距L。2:在距離衍射物鏡I的L處，水平放置子目鏡系統(tǒng)0，并使子目鏡系統(tǒng)O和衍射物鏡 I共軸。
3:在過光軸的水平面上，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.2'，垂軸放置子目鏡系統(tǒng)l。 4:在過光軸的水平面上，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.2° ，垂軸放置子目鏡系統(tǒng)1'。 5:分別在三個(gè)子目鏡系統(tǒng)的后焦面上放置接收器。
該實(shí)施例中，共使用了3個(gè)子目鏡系統(tǒng)，將衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡對無窮遠(yuǎn)處成像，每個(gè)子目 鏡系統(tǒng)負(fù)責(zé)0.2°視場角，該衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡可以獲得0.6°視場內(nèi)清晰的像。 實(shí)施例2:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明，依照附圖l所示，按以下步驟進(jìn)行光路擺放
1:首先豎直放置衍射物鏡I ，并標(biāo)定衍射物鏡I在中心波長587. 6nm下的焦距L。 2:在距離衍射物鏡I的L處，水平放置子目鏡系統(tǒng)O，并使子目鏡系統(tǒng)O和衍射物鏡 I共軸。
3:在過光軸的水平面上，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.2。，垂軸放置子目鏡系統(tǒng)l。
4:按照步驟3，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.4'，垂軸放置子目鏡系統(tǒng)2。
5:按照步驟3，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.6"，垂軸放置子目鏡系統(tǒng)3。
6:在過光軸的水平面上，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.2。，放置子目鏡系統(tǒng)l'。
7:按照步驟6，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.4。，放置子目鏡系統(tǒng)2，。
8:按照步驟6，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.6'，放置子目鏡系統(tǒng)3'。
9:分別在每個(gè)子目鏡系統(tǒng)的后焦面上放置接收器。
該實(shí)施例中，共使用了7個(gè)子目鏡系統(tǒng)，將衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡對無窮遠(yuǎn)處成像，每個(gè)子目 鏡系統(tǒng)負(fù)責(zé)0.2°視場角，該衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡可以獲得1.4度視場內(nèi)清晰的像。
以此類推，子目鏡系統(tǒng)O和衍射物鏡I共軸放置，在子目鏡系統(tǒng)0的兩側(cè)分別放置1-9 個(gè)子目鏡系統(tǒng)，衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡可以獲得0.2°-3.8"視場內(nèi)清晰的像。
權(quán)利要求
1、一種衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于該光學(xué)系統(tǒng)包括衍射物鏡I，目鏡組II，接收器組III；該衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)采用衍射透鏡做物鏡，將衍射物鏡和子目鏡系統(tǒng)按照一對多的生物復(fù)眼結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間排布，即在衍射物鏡消色差中心波長的焦距處將子目鏡系統(tǒng)以的空間角度排放，每個(gè)子目鏡系統(tǒng)后放置一個(gè)接收器；衍射物鏡I是一個(gè)在平凸透鏡的平面上制作二元衍射面的衍射透鏡；目鏡組II由n個(gè)子目鏡系統(tǒng)組成，其中n為3≤n≤19，且n為奇數(shù)，衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的視場角由所用的目鏡組II的個(gè)數(shù)n所決定；相鄰視場角的圖像拼接在一起，從而形成對物體視場角內(nèi)的完整圖像；而接收器組III對應(yīng)目鏡組II，即在每一個(gè)子目鏡系統(tǒng)后面焦點(diǎn)位置處都有一個(gè)獨(dú)立的接收器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于目鏡組II包括n個(gè)子 目鏡系統(tǒng)，n個(gè)子目鏡系統(tǒng)的空間排布方式是以衍射物鏡主光軸為中心左右對稱連續(xù)排 列，位于衍射物鏡主光軸上的子目鏡0;在主光軸右側(cè)的子目鏡系統(tǒng)1、子目鏡系統(tǒng)2…子目鏡系統(tǒng)^;在主光軸的左側(cè)的子目鏡系統(tǒng)r 、子目鏡系統(tǒng)2'…子目鏡系統(tǒng)(ilzl)'。 2 2
3、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于為了增大接收器組m的調(diào)試空間，每個(gè)子目鏡系統(tǒng)可以由 一個(gè)雙膠合透鏡A， 一個(gè)雙膠合透鏡B，兩個(gè)不同曲 率半徑的單透鏡C和單透鏡D，共四個(gè)透鏡所組成。
全文摘要
一種衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)，它屬于空間光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)采用衍射透鏡做物鏡，將衍射物鏡和子目鏡系統(tǒng)按照一對多的生物復(fù)眼結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間排布，即在衍射物鏡消色差中心波長的焦距處將子目鏡系統(tǒng)以一定的空間角度排放，每個(gè)子目鏡系統(tǒng)后放置一個(gè)接收器。本發(fā)明的多個(gè)子目鏡系統(tǒng)為3-19之間的奇數(shù)個(gè)，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的視場角由所用的目鏡組II的個(gè)數(shù)n所決定。整個(gè)系統(tǒng)具有很輕的質(zhì)量，在0.4μm-0.7μm的寬光譜范圍內(nèi)，其視場比單衍射望遠(yuǎn)鏡可擴(kuò)大3倍到19倍，并且具有高分辨率及接近衍射極限的成像質(zhì)量。此衍射復(fù)眼望遠(yuǎn)鏡很好地解決了傳統(tǒng)空間望遠(yuǎn)鏡質(zhì)量輕成本低與大視場高分辨力之間的矛盾，可用于空間對地觀測遙感，空間攝影等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02B23/00GK101556374SQ200910066980
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者華 劉, 盧振武, 岳巾英 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所