CN104317039A - 一种折反式摄远物镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种折反式摄远物镜。按光线经过顺序，它的光学***包括前组的正光焦度镜组和后组的负光焦度镜组；正光焦度镜组的光焦度为光学***总光焦度的1/3～2/3，正光焦度镜组包括主反射镜、次反射镜，光阑位于主反射镜上；主反射镜为凹面非球面镜，次反射镜为高次凸面非球面镜；负光焦度透镜组由三片同种光学材料的透镜组成，依次为弯向像面的弯月型正透镜，双凹型负透镜和平凸正透镜。本发明***具有焦距长、口径大、遮拦小、结构简单紧凑、适用波段宽、色差小、成像质量好、像方近似远心、加工装调较容易的优点。

Description

一种折反式摄远物镜
技术领域
本发明涉及一种折反式摄远物镜。
背景技术
空间光学相机以从空间获取地面目标相关信息为目的，其获取的信息资料可广泛应用于地球资源勘探、环境检测、地形地貌测绘等众多领域，世界各先进国家都非常重视高性能空间光学相机的研制。
三反射镜和两反射镜结构在空间长焦距光学相机方面有着应用广泛。同轴三反结构物像在同侧，需要折转光路后用探测器获取像面。三反离轴结构在离轴方向尺寸大，且***装调难度大，研制成本高、周期长。文献报道，Topsat卫星上搭载的长焦距光学载荷均采用离轴三反结构，***垂轴方向尺寸大，相机重。基于两反射镜的折反结构在同轴两反射镜的物方或像方增加透镜校正组，校正***像差，扩大视场。但是通常补偿组无光焦度，难以缩短两反射镜***长度。如VENμS卫星的光学载荷，***长度与两镜结构相近。上述方式均难以同时满足长焦距和轻小型要求。
发明内容
本发明针对现有摄远物镜在技术上存在的难以同时满足长焦距和轻小型要求的不足，提供一种长焦距、大口径、小遮拦、结构简单紧凑，适用波段宽、色差小、成像质量好，像方近似远心的结构紧凑的折反式摄远物镜。
实现本发明目的的技术方案是提供一种折反式摄远物镜，它的光学***，按光线经过顺序包括前组的正光焦度镜组和后组的负光焦度镜组；所述的正光焦度镜组的光焦度为光学***总光焦度的1/3～2/3，正光焦度镜组包括两块反射镜，依次为主镜和次镜，主镜为凹面非球面镜，次镜为凸面非球面镜；所述的负光焦度镜组包括三块球面透镜，按光线经过顺序，它们的光焦度依次为正、负、正，三块球面透镜的材料为同种光学玻璃；所述光学***的光阑与主镜重合。
本发明技术方案的主镜为凹面抛物面反射镜；次镜为凸面高次非球面镜，包含了二次、六次、八次和十次非球面系数。所述的负光焦度镜组在正光焦度镜组与像面之间；按光线经过顺序，负光焦度透镜组的三块透镜依次为：弯向像面的弯月型正透镜，双凹型负透镜、平凸正透镜。
本发明光学***各视场主光线在像面的入射角很小，像方近似远心。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用两反射镜折反结构，透镜组有负光焦度，使***焦距增大，同时缩短总长。
2、负光焦度透镜组用同种普通光学玻璃，通过合理分配光焦度的方式消色差，避免了长焦***的二级光谱问题；***主镜采用抛物面镜，加工简单、成本低廉。
3、各视场主光线在像方的出射镜均小于3°，像方近似远心，有离焦不敏感的特点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种折反式摄远物镜的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种折反式摄远物镜各视场的调制传递函数曲线图；
图3为本范明实施例提供的一种折反式摄远物镜各视场点列图；
图4为本发明实施例提供的一种折反式摄远物镜轴向像差曲线图；
图1中： 1、主镜，沿光路入射方向的第一片反射镜；2、次镜，沿光路入射方向的第二片反射镜；3、沿光路入射方向的第一片透镜；4、沿光路入射方向的第二片透镜；5、沿光路入射方向的第三片透镜；6、像面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。
实施例1
本实施例的技术方案是提供一种结构紧凑的折反式摄远物镜，其设计参数为：焦距为3000mm，全视场角为1.2°，F数为10，工作波段为0.45                                                ～0.75。
参见附图1，它是本实施例所述的光学镜头的结构示意图。由图1可以看到，它的光学***包括前组的正光焦度镜组和后组的负光焦度镜组，前组的正光焦度镜组为两片反射镜结构，后组的负光焦度镜组为三片分离式透镜结构；沿光路入射方向，正光焦度镜组分别是主镜1，为沿光路入射方向的第一片反射镜，次镜2，为沿光路入射方向的第二片反射镜，负光焦度镜组为沿光路入射方向的第一片透镜镜3，第二片透镜4和第三片透镜5，光学***的光阑与主镜1重合。其中，主镜1为抛物面镜，次镜2为高次非球面镜，组成正光焦度镜组；三片透镜均为球面镜，组成负光焦度镜组，负光焦度镜组在正光焦度镜组与像面6之间。
本实施例通过采用负光焦度透镜组放大两反射镜焦距、平衡像差，以实现缩短总长、扩大视场的目的。负光焦度透镜组选用同种玻璃，分离三片透镜以校正初级位置色差和倍率色差。令折反***的总光焦度Φ和轴上视场边缘光线在主镜处的入射高度h 1归一化为1，轴外视场主光线在主镜处与光轴的夹角h y1=-1。由总光焦度要求、平场条件、消初级位置色差和倍率色差条件，分别可得到如下（1）～（4）式。
                 
其中下标为3、4、5的量分别是与透镜3、4、5对应的相关量，m表示补偿组的放大率，n表示透镜的折射率，R 1、R 2分别表示主、次镜的顶点曲率半径。通过求解上述方程，进行光学***优化设计。
***最大通光口径300mm，总长595mm。本实施例提供的一种折反式摄远物镜两反射镜的具体参数如表1所示。
表1 
补偿组各透镜的具体参数如表2所示。
表2 
三片透镜的光焦度依次为，归一化取值为，。 
本实施例中，正光焦度镜组的光焦度为1500mm，光学***总光焦度为3000mm。
参见附图2，它是本实施例所述一种折反式摄远物镜各视场调制传递函数曲线图。由图2可见，在探测器奈奎斯特频率50lp/mm处的MTF值大于0.4。
参见附图3，它是本实施例所述一种折反式摄远物镜的各视场点列图，由图3可见，各视场点列图都在艾里斑以内。
参见附图4，它是本实施例所述一种折反式摄远物镜的轴向像差曲线图。图4中纵坐标表示光线在入瞳面的入射高度，横坐标表示不同入射高度光线的聚焦点到像面的轴向距离。由图可见，***轴向色差得到了有效校正，残留轴向色差在焦深范围内。

Claims (5)

1.一种折反式摄远物镜，其特征在于：它的光学***，按光线经过顺序包括前组的正光焦度镜组和后组的负光焦度镜组；所述的正光焦度镜组的光焦度为光学***总光焦度的1/3～2/3，正光焦度镜组包括两块反射镜，依次为主镜和次镜，主镜为凹面非球面镜，次镜为凸面非球面镜；所述的负光焦度镜组包括三块球面透镜，按光线经过顺序，三块球面透镜的光焦度依次为正、负、正，三块球面透镜的材料为同种光学玻璃；所述光学***的光阑与主镜重合。
2.根据权利要求1所述的一种折反式摄远物镜，其特征在于：主镜为凹面抛物面反射镜。
3.根据权利要求1所述的一种折反式摄远物镜，其特征在于：次镜为凸面高次非球面镜，包含了二次、六次、八次和十次非球面系数。
4.根据权利要求1所述的一种折反式摄远物镜，其特征在于：所述的负光焦度镜组在正光焦度镜组与像面之间。
5.根据权利要求1所述的一种折反式摄远物镜，其特征在于：所述的负光焦度透镜组，按光线经过顺序，三块透镜依次为：弯向像面的弯月型正透镜，双凹型负透镜、平凸正透镜。
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