專利名稱：一種長焦距短結構的共軸非球面四反射鏡光學系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于空間光學技術領域中涉及的一種長焦距短結構非球的面共軸四反射鏡光學系統。
背景技術：
從基本理論可知，當空間相機軌道高度和CXD像元尺寸一定時，隨著光學系統焦距的增加，可以提高地面的像元分辨率，通常把焦距超過Im的光學系統稱為長焦距光學系統。傳統的折射式光學系統隨著焦距的增長將導致光學系統體積增大，使得光學系統的質量增大，從而增加了發射成本，同時，折射式光學系統色差校正困難。相比之下，反射式光學系統無色差，光學系統可折疊，在小體積、輕量化的發展道路上具有明顯的優勢。全部由反射鏡組成的光學系統在航天遙感的應用中備受關注，愈來愈多的應用于空間分辨率為米級和亞米級航天相機上。按系統中反射鏡個數分類，反射式光學系統一般可分為兩反射鏡光學系統，三反射鏡光學系統以及四反射鏡光學系統等。兩反射鏡光學系統結構簡單，但是自由度太少，不能同時校正多種像差；三反射鏡光學系統有更多的自由度，能校正更多的像差，但是，由于三反射鏡光學系統的設計自由度不足以校正所有像差，通常由于畸變過大，系統成像變形嚴重，影響了其應用范圍；在長焦距光學系統中，往往因為系統的結構長度和焦距的比值比較大，致使光學系統體積大，增大了光學系統的質量，增加了發射成本。四反射鏡光學系統是在三反射鏡光學系統的基礎上再加一片反射鏡，系統的自由度更大，能做到長焦距短結構，在空間光學領域有很大的應用前景。經檢索查新沒有發現有關長焦距短結構的共軸非球面四反射鏡光學系統的報導。

發明內容
本發明的目的在于在保證平像場，501p/mm頻率處傳遞函數>0. 45，全視場畸變〈O. 01%,以及四片非球面反射鏡共軸的前提下，盡可能的做大光學系統的焦距，以獲得高的地面像元分辨率，同時控制光學系統焦距與結構長度的比值，以減小光學系統的體積，降低發射成本。特設計一種長焦距、短結構、無中心遮攔、像差特性優良的共軸非球面四反射鏡光學系統。本發明要解決的技術問題是提供一種長焦距短結構的共軸非球面四反射鏡光學系統。解決技術問題的技術方案如

圖1所示，包括主鏡I、次鏡2、光闌3、三鏡4、四鏡5、平面反射鏡6和探測器像面7。主鏡I、次鏡2、三鏡4和四鏡5共軸排布，次鏡2放置在主鏡I的反射光路上，三鏡4放置在次鏡2的反射光路上，將光闌3置于次鏡2的鏡框上，兩者固連，四鏡5放置在三鏡4的反射光路上，平面反射鏡6放置在四鏡5的反射光路上，離軸角為-49°起到折疊后焦距的作用，探測器像面7放置在四反射鏡光學系統的焦面上，離軸角為-49° ;在該共軸四反射鏡光學系統的光路連接中各鏡之間的距離分別為次鏡2到主鏡I的距離為dl、三鏡4到次鏡2的距離為d2、四鏡5到三鏡4的距離為d3、平面反射鏡6到四鏡5的距離為d4、探測器像面7到平面反射鏡6的距離為d5，其中，dl=-418. 645mm,d2=420. 000mm, d3=-415. 000mm, d4=750. 000mm, d5=-384. 953 ;主鏡 1、次鏡 2、三鏡 4和四鏡5，四個鏡面的頂點曲率半徑分別為Rl、R2、R3、R4，其中，Rl=_1902. 171mm,R2=-1277. 557mm, R3=_1492. 532mm, R4=_1237. 540mm ;四個反射鏡的反射面型均采用非球面，其中，主鏡I和次鏡2為雙曲面，主鏡1的二次曲面系數為kl，kl=-2. 349，次鏡2的二次曲面系數為k2，k2=-8. 198 ;三鏡4和四鏡5為包含二階與六階項的高次非球面，其中，三鏡4 二次曲面系數為k3，k3=-7. 514，二階非球面系數為A3，A3=3. 926E-4，六階非球面系數為C3，C3=6. 094E-16 ;四鏡5的二次曲面系數為k4，k4=_0. 310，二階非球面系數為A4，A4=-2. 180E-4，六階非球面系數為C4，C4=2. 050E-17。此光學系統的焦距長2466mm，焦距與結構長度比約為5. 3/1，為無中心遮攔的共軸非球面四反射光學系統。本發明的工作原理本光學系統為了使成像光束能清晰成像在探測器像面7上，采用了偏視場設計，成像光束在子午方向偏離光軸7° 7. 3°角進入光學系統，經過主鏡I、次鏡2、三鏡4、四鏡5以及平面反射鏡6五片反射鏡的反射后，最終成像在探測器像面7上。為了實現偏視場無中心遮攔的設計，將光闌3設置在次鏡2的鏡框上；為獲取優良的像差特性，利用非球面來校正像差，使得成像系統的成像質量接近衍射極限。在o-xyz右手坐標系中，球面和非球面的數學描述如下
權利要求
1.一種長焦距短結構的共軸非球面四反射鏡光學系統，其特征在于包括主鏡(I)、次鏡⑵、光闌(3)、三鏡⑷、四鏡(5)、平面反射鏡(6)、探測器像面(7);次鏡⑵放置在主鏡⑴的反射光路上，三鏡⑷放置在次鏡⑵的反射光路上，將光闌⑶置于次鏡(2)的鏡框上，兩者固連，四鏡(5)放置在三鏡⑷的反射光路上，平面反射鏡(6)放置在四鏡(5)的反射光路上，探測器像面(7)放置在四反射鏡光學系統的焦面上，平面反射鏡和探測器像面的離軸角為-49° ;主鏡(I)、次鏡(2)、三鏡(4)和四鏡(5)均為非球面且共軸排布；主鏡(I)、次鏡⑵、三鏡(4)、四鏡(5)和平面反射鏡(6)的光路連接中各鏡之間的距離分別為dl、d2、d3、d4、d5 ;主鏡(I)、次鏡(2)、三鏡(4)和四鏡(5)，四個鏡面的頂點曲率半徑分別為Rl、R2、R3、R4、；主鏡(I)和次鏡(2)為雙曲面，主鏡(I)、次鏡(2)的二次曲面系數為kl、k2 ;三鏡(4)和四鏡(5)為包含二階與六階項的高次非球面，三鏡(4) 二次曲面系數為k3，二階非球面系數為A3，六階非球面系數為C3;四鏡(5)的二次曲面系數為k4，二階非球面系數為A4，六階非球面系數為C4 ;其中，dl=-418. 645mm, d2=420. 000mm,d3=-415. 000mm，d4=750. 000mm, d5=-384.953 ；R1=-1902. 171mm, R2=-1277. 557mm,R3=-1492. 532mm, R4=-1237. 540mm ；kl=-2.349，k2=-8. 198 ；k3=-7. 514，A3=3. 926E-4，C3=6. 094E-16 ；k4=-0. 310，A4=-2. 180E-4，C4=2. 050E-17。
全文摘要
一種長焦距短結構的共軸非球面四反射鏡光學系統，屬于空間光學技術領域中涉及的一種光學系統，解決的技術問題是提供一種長焦距短結構的共軸非球面四反射鏡光學系統。技術方案包括主鏡、次鏡、光闌、三鏡、四鏡、平面反射鏡、探測器像面，主鏡、次鏡為雙曲面，三鏡、四鏡為高次非球面。主鏡、次鏡、三鏡、四鏡共軸，次鏡置于主鏡的反射光路上，三鏡置于次鏡的反射光路上，四鏡置于三鏡的反射光路上，平面反射鏡置于四鏡的反射光路上，平面反射鏡與探測器像面的離軸角為-49°。孔徑光闌固連在次鏡的鏡框上，系統采用偏視場設計。該系統能夠獲得高的地面象元分辨率，以及較大的視場，結構緊湊，在空間光學領域具有很大的應用潛力。
文檔編號G02B17/06GK102981254SQ20121057927
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者劉偉奇, 劉軍, 馮睿, 魏忠倫, 張大亮 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所