CN105259647A - 大视场同离轴一体三反式空间光学*** - Google Patents
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Abstract
大视场同离轴一体三反式空间光学***,涉及航天航空光学领域。本发明采用全反射式***结构,将一个小F数同轴三反光学***和两个大F数离轴三反光学***相结合,主要包括主镜、次镜、三个三镜、四个折叠镜、三个像面和两个孔径光阑;小F数同轴三反光学***光路通过两块折叠镜折转,在光路传播过程中分别位于次镜和三镜后方,两个大F数离轴三反光学***光路均通过折叠镜折转,在光路传播过程中均位于次镜后方,小F数同轴三反光学***孔径光阑位于主镜上,两个大F数离轴三反光学***孔径光阑位于各自***出瞳处。本发明成像视场可达4°~6°,成本低,装调简单,可在保证对中部视场高分辨率观测的同时实现大视场成像,传递函数和成像质量高。
Description
技术领域
本发明涉及航天航空光学技术领域,具体涉及一种大视场同离轴一体三反式空间光学***。
背景技术
在航天航空以及即将开发的临近空间光学遥感器领域中,对空间光学相机高分辨力和大视场成像的要求不断提高,一般需要较长焦距、较大视场的反射式光学***,其相对于传统的透射式相机光学***而言具有谱段宽、结构简单、体积小与重量轻的优点,且反射***不产生色差,反射式光学***将成为今后航空航天相机、以至即将开发的临近空间相机的发展方向。
此类空间光学相机到目前为止,国内外多采用两种形式的三反射式光学***(TMA),同轴三反光学***和离轴三反光学***。普通的同轴三反光学***孔径光阑位于主镜上,具有中间像面和实出瞳,成像视场一般都较小,同时不可避免地存在着较大的遮拦,因而设计时为获得高传递函数值(MTF)和在红外波段的探测能力,需要适当减小F数,增加反射镜尺寸,但同时加工和检测的难度将随之增加,设计视场也会随之减少;离轴三反光学***中不存在遮拦,孔径光阑位于主镜上的离轴三反光学***的视场约为同轴三反光学***的两倍,但大口径离轴反射镜的加工、检测和***的装调难度较大。
与本发明较为接近的已有技术是Korsch,D.Anastigmaticthree-mirrortelescope,Appl.Opt.16#8(1977)和Cook,L.G.Three-mirroranastigmatusedoff-axisinapertureandfield,ProcSPIE183,207-211(1979).文中所示的光学***。Korsch,D文中所述光学***的视场只能达到1°~2°;Cook,L.G.文中所述光学***的视场可达到2°~4°。上述两种光学***均具有中间像面和实出瞳,都可通过加入平面反射镜对光路进行合理的折叠,以保证实出瞳在杂散光抑制中的可用性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在保证空间光学相机小体积(OAL=0.22~0.25f)的条件下,使空间光学相机同时具备高分辨率观测和大视场(4°~6°)成像能力,实现普查、详查一体化;使空间光学相机成本降低,易于装调,并具有较高的传递函数(MTF)值,以便在航天、航空以及临近空间应用,本发明提供了一种大视场同离轴一体三反式空间光学***。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
本发明的大视场同离轴一体三反式空间光学***,整个光学***按照光路设计的右手空间坐标系有序排列,z轴方向为整个光学***的光轴方向,yoz平面为整个光学***的子午面,xoz平面为整个光学***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轴;中部视场外,入射光线在xoz平面内投影斜率为正的视场为左视场,入射光线在xoz平面内投影斜率为负的视场为右视场,左视场和右视场相对于yoz平面对称;
整个光学***包括中部视场的小F数同轴三反光学***、左视场的大F数离轴三反光学***和右视场的大F数离轴三反光学***;
中部视场的小F数同轴三反光学***由主镜、次镜、中部孔径光阑、中部矩形通光孔、中部第一折叠镜、中部第三镜、中部第二折叠镜和中部焦平面组成;所述中部矩形通光孔设置在主镜中部上侧,所述中部孔径光阑位于主镜上,所述中部第三镜与经中部第一折叠镜折转后的光线光轴同轴,所述主镜、次镜、中部第一折叠镜、中部第三镜、中部第二折叠镜的镜面中心都在yoz平面上;中部视场的物体光线依次经主镜反射、次镜反射后由中部矩形通光孔出射,出射光线再依次经中部第一折叠镜折转、中部第三镜、中部第二折叠镜折转后成像在中部焦平面上;
左视场的大F数离轴三反光学***由主镜、次镜、左部矩形通光孔、左部折叠镜、左部第三镜、左部孔径光阑和左部焦平面组成;所述左部矩形通光孔设置在主镜中部左下侧,所述左部孔径光阑位于左视场的大F数离轴三反光学***的出射光瞳处;左视场的物体光线依次经主镜反射、次镜反射后由左部矩形通光孔出射,出射光线再依次经左部折叠镜折转、左部第三镜、左部孔径光阑后成像在左部焦平面上;
右视场的大F数离轴三反光学***由主镜、次镜、右部矩形通光孔、右部折叠镜、右部第三镜、右部孔径光阑和右部焦平面组成;所述右部矩形通光孔设置在主镜中部右下侧,所述右部孔径光阑位于右视场的大F数离轴三反光学***的出射光瞳处;右视场的物体光线依次经主镜反射、次镜反射后由右部矩形通光孔出射,出射光线再依次经右部折叠镜折转、右部第三镜、右部孔径光阑后成像在右部焦平面上;
中部视场的小F数同轴三反光学***、左视场的大F数离轴三反光学***和右视场的大F数离轴三反光学***共用主镜和次镜,所述主镜和次镜与整个光学***的光轴共轴。
本发明的有益效果是:
1、本发明将二次成像的小F数同轴三反光学***和两个大F数离轴三反光学***相结合,为获得大视场,将带状视场分为中部、左部、右部三个部分,并分别采用不同的第三镜进行成像。小F数同轴三反光学***对中部带状视场进行成像,具有传递函数高、成像质量好、分辨率高的特点,同时具有红外观测能力;而两个大F数离轴三反光学***分别对左右带状视场进行成像,易于校正轴外像差。在保证对中部视场高分辨率观测的同时实现大视场成像,本发明的整个光学***的全视场均具有较高的传递函数(MTF)。
2、本发明的整个光学***成像视场可达4°~6°,是相近体积同轴三反光学***成像视场的4倍。通过实践证明,本发明在4°~6°的成像视场范围内,整个光学***长度可以达到焦距的0.22~0.25倍,使得空间光学相机在获得大视场的同时,结构紧凑、体积小且重量轻,同时本发明可同时实现普查、详查观测,可在可见和红外波段对目标进行观测。
3、本发明相对于单一同轴三反光学***,解决了空间光学相机高分辨率与大视场及轻小体积的矛盾;本发明通过共用主镜和次镜,与三套独立的光学***相比,可以有效节约两套主次镜的加工、制造和检测成本,简化装调过程,加工装调成本大幅降低,为新一代高分辨率、大视场、轻小体积空间光学相机的光学***设计提供了新的方案。
4、本发明的整个光学***中,小F数同轴三反光学***和两个大F数离轴三反光学***都具有中间像面和实出瞳,可以设计视场光阑和里奥光阑以更好的抑制杂光,提高成像质量,并可设计后续***与出瞳承接完成不同的观测任务。
5、本发明的大视场同离轴一体三反式空间光学***,特别适合于高分辨率、宽覆盖、大视场、轻型的空间光学相机镜头,可以广泛应用于航天航空以及临近空间成像、侦察和观测。
附图说明
图1为中部视场的小F数同轴三反光学***的结构示意图。
图2为中部视场的小F数同轴三反光学***的三维结构示意图。
图3为中部视场的小F数同轴三反光学***的三维结构示意图。
图4为左视场的大F数离轴三反光学***的结构示意图。
图5为左视场的大F数离轴三反光学***的三维结构示意图。
图6为左视场的大F数离轴三反光学***的三维结构示意图。
图7为右视场的大F数离轴三反光学***的结构示意图。
图8为右视场的大F数离轴三反光学***的三维结构示意图。
图9为右视场的大F数离轴三反光学***的三维结构示意图。
图10为本发明的大视场同离轴一体三反式空间光学***的结构示意图。
图11为本发明的大视场同离轴一体三反式空间光学***的三维结构示意图。
图12为本发明的大视场同离轴一体三反式空间光学***的三维结构示意图。
图中:a1、主镜,a2、次镜,a3、中部矩形通光孔,a4、中部第一折叠镜,a5、中部第三镜,a6、中部第二折叠镜,a7、中部焦平面,b3、左部矩形通光孔,b4、左部折叠镜,b5、左部第三镜,b6、左部孔径光阑,b7、左部焦平面,c3、右部矩形通光孔,c4、右部折叠镜,c5、右部第三镜,c6、右部孔径光阑,c7、右部焦平面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图10、图11和图12所示,本发明的大视场同离轴一体三反式空间光学***,结合了一个小F数同轴三反光学***和两个大F数离轴三反光学***,小F数同轴三反光学***位于整个光学***的中部视场,两个大F数离轴三反光学***分别位于整个光学***的左视场和右视场。中部视场通过小F数同轴三反光学***实现高分辨率成像或近红外成像,左视场和右视场分别通过大F数离轴三反光学***实现大视场成像,通过上述小F数同轴三反光学***和两个大F数离轴三反光学***的结合增加了整个光学***视场。
本发明的大视场同离轴一体三反式空间光学***,按照光路设计的右手空间坐标系(x,y,z)有序排列,z轴方向为本发明的整个光学***的光轴方向,yoz平面为本发明的整个光学***的子午面,xoz平面为本发明的整个光学***的弧矢面,yoz平面和xoz平面相互垂直,且都垂直于z轴(光轴)。中部视场外,入射光线在xoz平面内投影斜率为正的视场为左视场,斜率为负的视场为右视场,左视场和右视场相对于yoz平面对称。
如图1、图2和图3所示,中部视场的小F数同轴三反光学***主要由主镜a1、次镜a2、中部矩形通光孔a3、中部孔径光阑、中部第一折叠镜a4、中部第三镜a5、中部第二折叠镜a6和中部焦平面a7组成,中部矩形通光孔a3设置在主镜a1中部上侧,中部孔径光阑位于主镜a1上。中部视场的小F数同轴三反光学***在光的传播方向上,依次排列主镜a1、次镜a2、中部第一折叠镜a4、中部第三镜a5、中部第二折叠镜a6和中部焦平面a7。主镜a1和次镜a2与本发明的整个光学***的光轴共轴,中部第三镜a5与经过中部第一折叠镜a4折转后的光线光轴同轴。小F数同轴三反光学***各镜面的中心都在yoz平面上(x坐标均为零)。主镜a1和次镜a2的反射面相对放置,次镜a2和中部第一折叠镜a4的反射面相对放置,中部第一折叠镜a4和中部第三镜a5的反射面相对放置,中部第一折叠镜a4镜面与z轴成约45°夹角,中部第三镜a5的光轴与y轴几乎平行,中部第三镜a5和中部第二折叠镜a6的反射面相对放置,中部第二折叠镜a6和中部焦平面a7相对放置。
光路走向为:中部视场的物体光线依次经过主镜a1反射、次镜a2反射后由主镜a1上的中部矩形通光孔a3出射,出射光线再依次经过中部第一折叠镜a4折转、中部第三镜a5、中部第二折叠镜a6折转作用后成像在中部焦平面a7上。
如图4、图5和图6所示,左视场的大F数离轴三反光学***主要由主镜a1、次镜a2、左部矩形通光孔b3、左部折叠镜b4、左部第三镜b5、左部孔径光阑b6和左部焦平面b7组成,左部矩形通光孔b3设置在主镜a1中部左下侧(x坐标为正)。大F数离轴三反光学***在光的传播方向上,依次排列主镜a1、次镜a2、左部折叠镜b4、左部第三镜b5、左部孔径光阑b6和左部焦平面b7。主镜a1和次镜a2与本发明的整个光学***的光轴共轴。左部孔径光阑b6位于左视场的大F数离轴三反光学***的出瞳处。左部第三镜b5与经过左部折叠镜b4折转后的光线光轴存在较小的倾斜量和离轴量。左部折叠镜b4和左部第三镜b5位于yoz平面右侧(x坐标为正),左部焦平面b7位于yoz平面左侧(x坐标为负)。主镜a1和次镜a2的反射面相对放置,次镜a2和左部折叠镜b4的反射面相对放置,左部折叠镜b4和左部第三镜b5的反射面相对放置,左部折叠镜b4镜面与z轴成约-45°夹角。左部第三镜b5的光轴与y轴几乎平行,左部第三镜b5和左部焦平面b7相对放置。
光路走向为:左视场的物体光线依次经过主镜a1反射、次镜a2反射后由主镜a1上的左部矩形通光孔b3出射,出射光线再依次经过左部折叠镜b4折转、左部第三镜b5、左部孔径光阑b6后成像在左部焦平面b7上。
如图7、图8和图9所示,右视场的大F数离轴三反光学***主要由主镜a1、次镜a2、右部矩形通光孔c3、右部折叠镜c4、右部第三镜c5、右部孔径光阑c6和右部焦平面c7组成,右部矩形通光孔c3设置在主镜a1中部右下侧(x坐标为负)。右视场的大F数离轴三反光学***在光的传播方向上,依次排列主镜a1、次镜a2、右部折叠镜c4、右部第三镜c5、右部孔径光阑c6和右部焦平面c7。主镜a1和次镜a2与本发明的整个光学***的光轴共轴。右部孔径光阑c6位于右视场的大F数离轴三反光学***的出瞳处。右部第三镜c5与经过右部折叠镜c4折转后的光线光轴存在较小的倾斜量和离轴量。右部折叠镜c4和右部第三镜c5位于yoz平面左侧(x坐标为负),右部焦平面c7位于yoz平面右侧(x坐标为正)。主镜a1和次镜a2的反射面相对放置,次镜a2和右部折叠镜c4的反射面相对放置,右部折叠镜c4和右部第三镜c5的反射面相对放置,右部折叠镜c4镜面与z轴成约-45°夹角,但角度与左部折叠镜b4略有不同,以便将左部孔径光阑b6和右部孔径光阑c6在空间上分开。右部第三镜c5的光轴与y轴几乎平行,右部第三镜c5和右部焦平面c7相对放置。
光路走向为:右视场的物体光线依次经过主镜a1反射、次镜a2反射后由主镜a1上的右部矩形通光孔c3出射,出射光线再依次经过右部折叠镜c4折转、右部第三镜c5、右部孔径光阑c6后成像在右部焦平面c7上。
本发明采用全反射式光学***结构,其中的中部视场的小F数同轴三反光学***和左、右视场的大F数离轴三反光学***共用主镜a1和次镜a2,远方不同视场范围内(中部视场、左视场、右视场)的物体光线经过共用的主镜a1和次镜a2,再经过不同三反***的折叠镜和第三镜成像在像面处。为了避免遮拦,两个大F数离轴三反光学***采用孔径离轴且F数小于小F数同轴三反光学***的一半,两个大F数离轴三反光学***的实际通光孔径只占主镜a1的一部分,位于主镜a1上部(y轴正向),两个大F数离轴三反光学***的实际通光孔径也只占次镜a2的一部分,位于次镜a2上部(y轴正向)。
如图10、图11和图12所示,本发明中,次镜a2和主镜a1在yoz平面内沿光轴从左到右排列,主镜a1右方由下至上依次排列有:中部第三镜a5、左焦平面b7、右焦平面c7、中部焦平面a7、左折叠镜b4、右折叠镜c4、中部第二折叠镜a6、中部第一折叠镜a4、左部第三镜b5、右部第三镜c5。
本实施方式中,主镜a1是一个光焦度为正的凹面圆镜。次镜a2虽然是一个光焦度为负的凸面倒圆角矩形镜,但尺寸较小,基本上是本发明的整个光学***入瞳尺寸的0.21倍,方便进行加工和检测。中部第一折叠镜a4、左部折叠镜b4、右部折叠镜c4都是平面矩形镜。中部第三镜a5、左部第三镜b5和右部第三镜c5都是光焦度为正的凹面长条镜,由于左视场和右视场之间的对称性,左部第三镜b5和右部第三镜c5的参数相同且镜面相对于yoz平面成镜像关系(孔径形状和尺寸都是对于yoz平面成镜像关系),方便进行加工和检测。中部第二折叠镜a6为平面圆镜。中部焦平面a7、左部焦平面b7、右部焦平面c7都是条状平面,也适于成像探测器的固定、拼接和检测。
本实施方式中,主镜a1、次镜a2、中部第三镜a5、左部第三镜b5和右部第三镜c5、中部第一折叠镜a4、中部第二折叠镜a6、左部折叠镜b4、右部折叠镜c4都可以采用碳化硅或微晶玻璃等材料制成。
本实施方式中,中部焦平面a7、左部焦平面b7、右部焦平面c7都可以采用线阵CCD探测器、TDICCD探测器或面阵CCD探测器进行成像。
本发明的大视场同离轴一体三反式空间光学***在x轴方向上的长度由小F数同轴三反光学***的入瞳直径决定,在y轴方向上的长度约为整个光学***焦距的0.15~0.17倍,在z轴方向上的长度约为整个光学***焦距的0.22~0.25倍。
中部视场的小F数同轴三反光学***和左、右视场的大F数离轴三反光学***共用主镜a1和次镜a2,三个***均具有中间像面和可用的实出瞳。中间像面均位于各自***中主镜a1上的矩形通光孔前端,小F数同轴三反光学***的实出瞳位于中部第二折叠镜a6上,左视场和右视场的大F数离轴三反光学***的实出瞳即左部孔径光阑b6和右部孔径光阑c6。
本发明中,可以在中间像面和实出瞳处分别设置视场光阑和里奥光阑,同时还可以设置外遮光罩、次镜遮光罩、主镜中心孔遮光罩,并合理加装挡光板、环,可以很好地抑制杂光。
本发明的光学***为全反射式***,通过共用主次镜、少量的视场偏置、足够的孔径离轴和通过合理设定镜面通光孔径、视场入射光线角以及折叠镜对光束的折转角度,使除次镜外各元件对视场内光线没有遮挡,确保各***的成像互不影响,在***体积基本不变的条件下,将一个小F数同轴三反光学***和两个大F数离轴三反光学***相结合。通常小F数同轴三反光学***的视场约为1°~1.5°,在结合了两个大F数离轴三反光学***后,视场可达到4°~6°。小F数同轴三反光学***针对中部带状视场利用主镜a1、次镜a2、中部第三镜a5的参数进行像差校正;对中部视场以外的带状视场,轴外像差较大,两个大F数离轴三反光学***,利用主镜a1、次镜a2及左部第三镜b5、右部第三镜c5的参数和左部第三镜b5、右部第三镜c5的倾斜量与离轴量对像差进行校正,此外通光孔径的离轴和较大的F数也有利于轴外像差的校正,两个大F数离轴三反光学***除左部折叠镜b4和右部折叠镜c4的角度略有不同所产生的影响外,相对yoz平面基本对称,左部第三镜b5和右部第三镜c5的形状和尺寸也相对于yoz平面成镜像关系。本发明中的二次成像的小F数同轴三反光学***具有较长的次三镜距离和后工作距,方便光束的折叠和结构的合理安排。
本实施方式中,主镜a1的通光孔径为:中部视场φ1920mm;左部视场约φ858.5mm,孔径X偏心21.3mm,孔径Y偏心594.7mm;右部视场约φ858.5mm,孔径X偏心-21.3mm,孔径Y偏心594.7mm。
本实施方式中,次镜a2的通光孔径为:中部视场422.7mm×386.0mm,孔径Y偏心25.7mm;左部视场100.1mm×82.4mm,孔径X偏心52.1mm,孔径Y偏心99.3mm;右部视场100.1mm×82.4mm,孔径X偏心-52.1mm,孔径Y偏心99.3mm。
本实施方式中,中部视场入射光线角为:1°×0.13°,视场Y方向偏置0.61°;左部视场入射光线角为:1.5°×0.13°,视场X方向偏置1.25°,视场Y方向偏置-0.45°;右部视场入射光线角为:1.5°×0.13°,视场X方向偏置-1.25°,视场Y方向偏置-0.45°。
本实施方式中,中部第一折叠镜a4对光束的折转角度为:中部第一折叠镜a4镜面与Y轴成47.9°;中部第二折叠镜a6对光束的折转角度为:中部第二折叠镜a6镜面与Y轴成93.7°;左部折叠镜b4对光束的折转角度为:左部折叠镜b4镜面与Y轴成-46°;右部折叠镜c4对光束的折转角度为:右部折叠镜c4镜面与Y轴成-52°。
本实施方式中,主镜a1的曲率半径为5777.6523mm,二次系数为-0.9464;次镜a2的曲率半径为1523.6782mm,二次系数为-2.2199。
本实施方式中,主镜a1和次镜a2间隔-2317.7337mm;次镜a2和中部第一折叠镜a4间隔2798.9652mm;次镜a2和左部折叠镜b4间隔3108.3803mm;次镜a2和右部折叠镜c4间隔3108.3803mm;中部第一折叠镜a4和中部第三镜a5间隔-1346.4869mm;左部折叠镜b4和左部第三镜b5间隔-918.8632mm;右部折叠镜c4和右部第三镜c5间隔-918.8632mm;中部第三镜a5和中部第二折叠镜a6间隔1279.2931mm;中部第二折叠镜a6和中部焦平面a7间隔-983.0988mm;左部第三镜b5和左部孔径光阑b6间隔1191mm;左部孔径光阑b6和左部焦平面b7间隔811.7492mm;右部第三镜c5和右部孔径光阑c6间隔1191mm;右部孔径光阑c6和右部焦平面c7间隔811.7492mm。
本实施方式中,中部第三镜a5的曲率半径为2044.2771mm,二次系数为-0.4478,非球面系数为-1.6454×10-020;左部第三镜b5的曲率半径为1866.1145mm,二次系数为-0.4543,非球面系数为-5.8102×10-020;右部第三镜c5的曲率半径1866.1145mm,二次系数为-0.4543,非球面系数为-5.8102×10-020。
本实施方式中,左部第三镜b5与经过左部折叠镜b4折转后的光线光轴(设经过左部折叠镜b4折转后的光轴为Z'轴,则局部空间坐标系为X',Y',Z')存在较小的倾斜量和离轴量,离轴量为:沿局部X'轴离轴量为11.69mm,沿局部Y'轴离轴量为-8.11mm;倾斜量为:绕局部X'轴的倾斜量为-64.15″,绕局部Y'轴的倾斜量为-67.71″。
本实施方式中,右部第三镜c5与经过右部折叠镜c4折转后的光线光轴(设经过右部折叠镜c4折转后的光轴为Z''轴,则局部空间坐标系为X'',Y'',Z'')存在较小的倾斜量和离轴量,离轴量为:沿局部X''轴离轴量为-11.69mm,沿局部Y''轴离轴量为-8.11mm;倾斜量为:绕局部X''轴的倾斜量为-64.15″,绕局部Y''轴的倾斜量为67.71″。
Claims (10)
1.大视场同离轴一体三反式空间光学***,其特征在于,整个光学***按照光路设计的右手空间坐标系有序排列,z轴方向为整个光学***的光轴方向,yoz平面为整个光学***的子午面,xoz平面为整个光学***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轴;中部视场外,入射光线在xoz平面内投影斜率为正的视场为左视场,入射光线在xoz平面内投影斜率为负的视场为右视场,左视场和右视场相对于yoz平面对称;
整个光学***包括中部视场的小F数同轴三反光学***、左视场的大F数离轴三反光学***和右视场的大F数离轴三反光学***;
中部视场的小F数同轴三反光学***由主镜(a1)、次镜(a2)、中部孔径光阑、中部矩形通光孔(a3)、中部第一折叠镜(a4)、中部第三镜(a5)、中部第二折叠镜(a6)和中部焦平面(a7)组成;所述中部矩形通光孔(a3)设置在主镜(a1)中部上侧,所述中部孔径光阑位于主镜(a1)上,所述中部第三镜(a5)与经中部第一折叠镜(a4)折转后的光线光轴同轴,所述主镜(a1)、次镜(a2)、中部第一折叠镜(a4)、中部第三镜(a5)、中部第二折叠镜(a6)的镜面中心都在yoz平面上;中部视场的物体光线依次经主镜(a1)反射、次镜(a2)反射后由中部矩形通光孔(a3)出射,出射光线再依次经中部第一折叠镜(a4)折转、中部第三镜(a5)、中部第二折叠镜(a6)折转后成像在中部焦平面(a7)上;
左视场的大F数离轴三反光学***由主镜(a1)、次镜(a2)、左部矩形通光孔(b3)、左部折叠镜(b4)、左部第三镜(b5)、左部孔径光阑(b6)和左部焦平面(b7)组成;所述左部矩形通光孔(b3)设置在主镜(a1)中部左下侧,所述左部孔径光阑(b6)位于左视场的大F数离轴三反光学***的出射光瞳处;左视场的物体光线依次经主镜(a1)反射、次镜(a2)反射后由左部矩形通光孔(b3)出射,出射光线再依次经左部折叠镜(b4)折转、左部第三镜(b5)、左部孔径光阑(b6)后成像在左部焦平面(b7)上;
右视场的大F数离轴三反光学***由主镜(a1)、次镜(a2)、右部矩形通光孔(c3)、右部折叠镜(c4)、右部第三镜(c5)、右部孔径光阑(c6)和右部焦平面(c7)组成;所述右部矩形通光孔(c3)设置在主镜(a1)中部右下侧,所述右部孔径光阑(c6)位于右视场的大F数离轴三反光学***的出射光瞳处;右视场的物体光线依次经主镜(a1)反射、次镜(a2)反射后由右部矩形通光孔(c3)出射,出射光线再依次经右部折叠镜(c4)折转、右部第三镜(c5)、右部孔径光阑(c6)后成像在右部焦平面(c7)上;
中部视场的小F数同轴三反光学***、左视场的大F数离轴三反光学***和右视场的大F数离轴三反光学***共用主镜(a1)和次镜(a2),所述主镜(a1)和次镜(a2)与整个光学***的光轴共轴。
2.根据权利要求1所述的大视场同离轴一体三反式空间光学***,其特征在于,中部视场的小F数同轴三反光学***、左视场的大F数离轴三反光学***和右视场的大F数离轴三反光学***均具有中间像面和实出瞳,中部视场的小F数同轴三反光学***的中间像面位于主镜(a1)上的中部矩形通光孔(a3)前端,左视场的大F数离轴三反光学***的中间像面位于主镜(a1)上的左部矩形通光孔(b3)前端,右视场的大F数离轴三反光学***的中间像面位于主镜(a1)上的右部矩形通光孔(c3)前端;中部视场的小F数同轴三反光学***的实出瞳位于中部第二折叠镜(a6)上,左视场的大F数离轴三反光学***的实出瞳即左部孔径光阑(b6),右视场的大F数离轴三反光学***的实出瞳即右部孔径光阑(c6)。
3.根据权利要求1所述的大视场同离轴一体三反式空间光学***,其特征在于,左视场的大F数离轴三反光学***和右视场的大F数离轴三反光学***都采用孔径离轴且F数均小于中部视场的小F数同轴三反光学***F数的一半;整个光学***在x轴方向上的长度由中部视场的小F数同轴三反光学***的入入射光瞳直径决定,在y轴方向上的长度为整个光学***焦距的0.15~0.17倍,在z轴方向上的长度为整个光学***焦距的0.22~0.25倍。
4.根据权利要求1所述的大视场同离轴一体三反式空间光学***,其特征在于,所述主镜(a1)为光焦度为正的凹面圆镜,所述次镜(a2)为光焦度为负的凸面倒圆角矩形镜,所述中部第一折叠镜(a4)、左部折叠镜(b4)和右部折叠镜(c4)均为平面矩形镜,所述中部第三镜(a5)、左部第三镜(b5)和右部第三镜(c5)均为光焦度为正的凹面长条镜,所述左部第三镜(b5)和右部第三镜(c5)的参数相同且镜面相对于yoz平面成镜像关系,所述中部第二折叠镜(a6)为平面圆镜,所述中部焦平面(a7)、左部焦平面(b7)、右部焦平面(c7)均条状平面。
5.根据权利要求1所述的大视场同离轴一体三反式空间光学***,其特征在于,所述主镜(a1)、次镜(a2)、中部第一折叠镜(a4)、中部第三镜(a5)、中部第二折叠镜(a6)、左部折叠镜(b4)、左部第三镜(b5)、右部折叠镜(c4)、右部第三镜(c5)均采用碳化硅或微晶玻璃制成;所述中部焦平面(a7)、左部焦平面(b7)、右部焦平面(c7)均采用线阵CCD探测器、TDICCD探测器或面阵CCD探测器进行成像。
6.根据权利要求1所述的大视场同离轴一体三反式空间光学***,其特征在于,所述主镜(a1)的通光孔径为:中部视场φ1920mm,左部视场φ858.5mm,右部视场φ858.5mm;所述次镜(a2)的通光孔径为:中部视场422.7mm×386.0mm,左部视场100.1mm×82.4mm,右部视场100.1mm×82.4mm。
7.根据权利要求1所述的大视场同离轴一体三反式空间光学***,其特征在于,中部视场的入射光线角为:1°×0.13°,左部视场的入射光线角为:1.5°×0.13°,右部视场的入射光线角为:1.5°×0.13°。
8.根据权利要求1所述的大视场同离轴一体三反式空间光学***,其特征在于,所述中部第一折叠镜(a4)对光束的折转角度为:中部第一折叠镜(a4)镜面与Y轴成47.9°;所述中部第二折叠镜(a6)对光束的折转角度为:中部第二折叠镜(a6)镜面与Y轴成93.7°;所述左部折叠镜(b4)对光束的折转角度为:左部折叠镜(b4)镜面与Y轴成-46°;所述右部折叠镜(c4)对光束的折转角度为:右部折叠镜(c4)镜面与Y轴成-52°。
9.根据权利要求1所述的大视场同离轴一体三反式空间光学***,其特征在于,所述主镜(a1)和次镜(a2)间隔-2317.7337mm;所述次镜(a2)和中部第一折叠镜(a4)间隔2798.9652mm;所述次镜(a2)和左部折叠镜(b4)间隔3108.3803mm;所述次镜(a2)和右部折叠镜(c4)间隔3108.3803mm;所述中部第一折叠镜(a4)和中部第三镜(a5)间隔-1346.4869mm;所述左部折叠镜(b4)和左部第三镜(b5)间隔-918.8632mm;所述右部折叠镜(c4)和右部第三镜(c5)间隔-918.8632mm;所述中部第三镜(a5)和中部第二折叠镜(a6)间隔1279.2931mm;所述中部第二折叠镜(a6)和中部焦平面(a7)间隔-983.0988mm;所述左部第三镜(b5)和左部孔径光阑(b6)间隔1191mm;所述左部孔径光阑(b6)和左部焦平面(b7)间隔811.7492mm;所述右部第三镜(c5)和右部孔径光阑(c6)间隔1191mm;所述右部孔径光阑(c6)和右部焦平面(c7)间隔811.7492mm。
10.根据权利要求1所述的大视场同离轴一体三反式空间光学***,其特征在于,所述主镜(a1)的曲率半径为5777.6523mm,二次系数为-0.9464;所述次镜(a2)的曲率半径为1523.6782mm,二次系数为-2.2199;所述中部第三镜(a5)的曲率半径为2044.2771mm,二次系数为-0.4478,非球面系数为-1.6454×10-020;所述左部第三镜(b5)的曲率半径为1866.1145mm,二次系数为-0.4543,非球面系数为-5.8102×10-020;所述右部第三镜(c5)的曲率半径1866.1145mm,二次系数为-0.4543,非球面系数为-5.8102×10-020。
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