一種離軸三反射鏡前置光學系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于光譜成像儀的反射式前置光學系統(tǒng)，特別涉及一種僅主鏡為 非球面的離軸三反射鏡前置光學系統(tǒng)，屬于光學技術領域。
【背景技術】
[0002] 光譜成像儀能夠同時獲取目標的空間和光譜信息，是一種"圖譜合一"的光學成像 儀器，在航空航天遙感、軍事偵察以及農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等方面具有廣泛的應用。典型的光譜 成像儀由前置光學系統(tǒng)、分光成像系統(tǒng)和探測器三部分構成。前置光學系統(tǒng)用于將目標場 景成像到分光成像系統(tǒng)的入射狹縫處，其性能直接影響光譜成像儀的主要技術指標。
[0003] 隨著成像技術的進一步發(fā)展，光譜成像儀正向更高分辨率、更寬視場等方向快速 發(fā)展，對前置光學系統(tǒng)提出了更高的要求。
[0004] 為了滿足高分辨率、寬視場、無相鄰像元間光譜混迭的要求，光譜成像儀的前置光 學系統(tǒng)通常采用反射式結構。與透射式和折反式系統(tǒng)相比，反射式光學系統(tǒng)僅采用反射光 學元件，系統(tǒng)無色差，具有工作波段寬、無色差、結構緊湊等優(yōu)點。
[0005] 與二反射鏡光學系統(tǒng)相比，三反射鏡光學系統(tǒng)增加了一片反射鏡，共有八個一階 參數(shù)，即：三個頂點曲率半徑、三個二次非球面系數(shù)和二個反射鏡間距，因此在像差校正方 面具有更大的優(yōu)勢。通常同軸的三反系統(tǒng)只適用于小視場，且存在中心遮攔，因此在光譜成 像儀中多采用離軸三反光學系統(tǒng)，即消像散離軸三反系統(tǒng)(TMA)。然而這類系統(tǒng)中一般采用 三片非球面反射鏡，加工難度和成本高，且不易于裝調(diào)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種結構簡單，制造難度和制造 成本低，易于裝調(diào)的用于光譜成像儀的離軸三反射鏡前置光學系統(tǒng)。
[0007] 為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案是提供一種離軸三反射鏡前置光學系 統(tǒng)，從物方到像方依次包括主鏡、次鏡和三鏡;按入射光方向，光線經(jīng)主鏡反射后形成會聚 光束入射至次鏡，再經(jīng)次鏡反射后入射到三鏡，三鏡將光束會聚成像;所述的主鏡為非球面 凹面反射鏡，它的曲率半徑為147.59~149.59mm，二次曲線系數(shù)為-1.52~-1.53;所述的次 鏡為凸球面反射鏡，它的曲率半徑為41.6~42.6mm;所述的三鏡為凹球面反射鏡，它的曲率 半徑為56.4~56.7mm。
[0008] 本發(fā)明所述的一種離軸三反射鏡前置光學系統(tǒng)，其工作波段為0.4~1.05um，F(xiàn)數(shù) 為3.36,焦距為83.6mm，視場角為±5.5°。
[0009] 本發(fā)明所提供的一種離軸三反射鏡前置光學系統(tǒng)，可在三鏡和像面之間設置平面 反射鏡。
[0010] 本發(fā)明依據(jù)的原理是:反射系統(tǒng)只有五種單色像差，再加上需要滿足光焦度要求， 因此，三反系統(tǒng)在理論上只需要六個一階參數(shù)即可滿足像差校正和光焦度的要求。本發(fā)明 技術方案中，將這六個一階參數(shù)中包含三個頂點曲率半徑、兩個反射鏡間隔和一個二次非 球面系統(tǒng)，因此，該系統(tǒng)僅需采用一片非球面反射鏡和兩片球面反射鏡，從而解決了傳統(tǒng) TMA系統(tǒng)加工和裝調(diào)困難的問題，大大降低了系統(tǒng)的制造難度和研制成本。
[0011] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的光學系統(tǒng)采用離軸三反結構，所用光學元件中僅 主鏡是非球面元件，次鏡和三鏡均為球面，具有結構簡單，制造難度和制造成本低，易于裝 調(diào)等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明實施例1提供的一種用于光譜成像儀的反射式前置光學系統(tǒng)的結構 示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例1提供的一種用于光譜成像儀的反射式前置光學系統(tǒng)的星點圖； 圖3為本發(fā)明實施例1提供的一種用于光譜成像儀的反射式前置光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞 函數(shù)曲線圖； 圖4為本發(fā)明實施例2提供的另一種用于光譜成像儀的反射式前置光學系統(tǒng)的結構示 意圖； 圖中，1、主鏡;2、次鏡;3、三鏡;4、像面;5、平面反射鏡。 具體實施例
[0013] 以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明技術方案作進一步的詳細說明。
[0014] 實施例1 本實施例提供的反射式前置光學系統(tǒng)的結構參見附圖1，從物方到像方依次為主鏡1、 次鏡2和三鏡3，4為像面。其中：主鏡1為非球面凹面反射鏡，其曲率半徑為148.59mm，二次曲 線系數(shù)為-1.528, 口徑為35.9mm;次鏡2為凸球面反射鏡，其曲率半徑為41.69mm，口徑為 4.3mm;三鏡3為凹球面反射鏡，其曲率半徑為56.49mm，口徑為16.6mm。
[0015] 該光學系統(tǒng)的工作波段為〇 · 4~1 · 05um，F(xiàn)/#為3 · 36，焦距為83 · 6mm，視場角為土 5.5°，具體設計參數(shù)如表1。
[0016] 表1光學系統(tǒng)設計參數(shù)表
表1中，曲率半徑為每個鏡片表面的曲率半徑，間隔為相鄰鏡片表面距離。偏心和傾角 為鏡片中心與坐標軸之間的偏移量和傾斜角。
[0017] 參見附圖2,它為本實施例提供的光學系統(tǒng)的星點圖，由圖2可見，該光學系統(tǒng)在0 視場的星點幾何尺寸約為17. lum，在0.7視場的星點幾何尺寸約為16.8um，在1視場范圍內(nèi) 的星點幾何尺寸約為23 · 7um〇
[0018] 參見附圖3,它為本實施例提供的光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，其具體傳遞函數(shù) 值如表2所示。
[0019] 表2:調(diào)制傳遞函數(shù)值
[0020] 實施例2 參見附圖4,它為本實施例提供的一種用于光譜成像儀的反射式前置光學系統(tǒng)的結構 示意圖。從物方到像方依次為主鏡1、次鏡2和三鏡3,4為像面，在三鏡3和像面4之間設置轉(zhuǎn) 折平面反射鏡5,轉(zhuǎn)折成像光路，能便于機械結構的設計和探測器的安裝。在本實施例中，主 鏡1為非球面凹面反射鏡，其曲率半徑為147.91mm，二次曲線系數(shù)為-1.525, 口徑為36.1mm; 次鏡2為凸球面反射鏡，其曲率半徑為42.39mm，口徑為4.5mm;三鏡3為凹球面反射鏡，其曲 率半徑為56.61mm，口徑為16.7_。
【主權項】
1. 一種離軸三反射鏡前置光學系統(tǒng)，其特征在于:從物方到像方依次包括主鏡、次鏡和 三鏡;按入射光方向，光線經(jīng)主鏡反射后形成會聚光束入射至次鏡，再經(jīng)次鏡反射后入射到 三鏡，三鏡將光束會聚成像;所述的主鏡為非球面凹面反射鏡，它的曲率半徑為147.59~ 149.59mm，二次曲線系數(shù)為-1.52~-1.53;所述的次鏡為凸球面反射鏡，它的曲率半徑為 41.6~42.6mm;所述的三鏡為凹球面反射鏡，它的曲率半徑為56.4~56.7mm。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種離軸三反射鏡前置光學系統(tǒng)，其特征在于:所述光學系統(tǒng) 的工作波段為〇. 4~1.05um，F(xiàn)數(shù)為3.36，焦距為83.6mm，視場角為±5.5°。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種離軸三反射鏡前置光學系統(tǒng)，其特征在于:在三鏡和像面 之間設置平面反射鏡。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種離軸三反射鏡前置光學系統(tǒng)，是適用于光譜成像儀的反射式前置光學系統(tǒng)。其結構為：按入射光方向，光線經(jīng)主鏡反射后形成會聚光束入射至次鏡，再經(jīng)次鏡反射后入射到三鏡，三鏡將光束會聚成像；主鏡為非球面凹面反射鏡，它的曲率半徑為147.59～149.59mm，二次曲線系數(shù)為-1.52～-1.53；次鏡為凸球面反射鏡，它的曲率半徑為41.6～42.6mm；三鏡為凹球面反射鏡，它的曲率半徑為56.4～56.7mm。該系統(tǒng)具有結構簡單，制造難度和制造成本低，易于裝調(diào)等優(yōu)點。
【IPC分類】G02B17/06
【公開號】CN105467569
【申請?zhí)枴緾N201610010649
【發(fā)明人】陳新華, 韓琳, 沈為民
【申請人】蘇州大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2016年1月8日