CN109283670B - 一种基于自由曲面的离轴稀疏孔径两反光学成像*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于自由曲面的离轴稀疏孔径两反光学成像***。该稀疏孔径两反光学成像***包括沿***光轴自左向右依次设置的外置入瞳和主反射镜,在外置入瞳的右下方设置有次反射镜,该光学成像***的焦面位于主反射镜的左上方。主反射镜为球面反射镜,次反射镜为自由曲面反射镜;主反射镜为稀疏孔径结构,由多个分散的子反射镜构成。本发明具有光阑外置、大视场角以及填充因子大的特点,适用于成像光谱仪等空间遥感领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种稀疏孔径两反光学成像***。具体地说,是一种入瞳外置、大视场、大填充因子的离轴稀疏孔径两反光学成像***。
背景技术
稀疏孔径光学成像***是由多个子孔径按一定规律排列组合在一起,用来代替一个大孔径区域,由于各个子孔径的口径比单个大口径要小得多,因此稀疏孔径不仅能克服由于光学***口径太大所带来的一系列困难,而且能获得和大孔径光学***相当的空间分辨率。稀疏孔径光学成像***在实际应用时多为两反式望远镜结构(由主反射镜和次反射镜构成),主反射镜由多个小的子镜组合构成。
稀疏孔径光学成像***的一项重要指标为填充因子,填充因子定义为所有子镜的总面积与包围孔径面积的比值。填充因子是表征稀疏孔径光学成像***子镜阵列稀疏程度的指标,它的变化会引起光学***调制传递函数(MTF)和接收像信噪比(SNR)的变化。填充因子越高,***的光学性能也就越高,接收像的信噪比也越高,因此提高稀疏孔径光学成像***的填充因子具有重要意义。目前,大部分的共轴稀疏孔径光学成像***,由于次反射镜的遮拦,最大填充因子通常在35%左右。此外,由于光学设计的残余误差以及各个子镜的装调误差等因素,地基稀疏孔径光学成像***的视场角通常只有5弧秒左右(约0.08o),空基稀疏孔径光学成像***的视场角稍大,但一般不超过0.5o。如观察目标为扩展性目标物,以上视场角均偏小。
此外,稀疏孔径光学成像***的主镜通常为球面反射镜,即各个子镜均为和主镜曲率半径相同的球面,这样易于子镜的批量生产、测试以及装调。但是主镜的球面面形会给整个***带来较为严重的球差,因此次镜必须通过增加它的形变才能抵消主镜引入的球差(次镜通常采用面形更为弯曲的扁椭球面)。在此基础上,如果进一步增大视场角,整个稀疏孔径光学成像***会引入各种轴外像差如慧差、像散等,光学***的成像质量会进一步下降。
文献“稀疏孔径望远镜退化图像复原技术研究”([M]孙敬建,2010,硕士毕业论文)公开了一种三子镜稀疏孔径光学成像***实物装置,该稀疏孔径光学成像***的填充因子为36.7%,加入施密特校正镜后对角线全视场仅为0.126°。文献“Golay3望远镜***的设计”([J]光学 精密工程,2011,19(12): 2877-2883)公开了一种Golay3稀疏孔径光学成像***,该稀疏孔径光学成像***的主镜同样为球面反射镜,次镜为扁椭球反射镜,加入2块校正镜后,经优化***全视场为0.3o,填充因子最大为22.2%。
以上的稀疏孔径光学成像***均为共轴光学***,由于次反射镜的遮拦,填充因子普遍较小。同时以上***的主镜均为球面反射镜,均采用了添加校正镜组的方法来提高***的视场和成像质量,但视场增加有限,而且使用额外的校正镜组尽管会校正轴外像差,增大望远镜视场,但是会给整个稀疏孔径光学成像***引入色差,从而增加光学***的结构复杂程度和成本。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于自由曲面的稀疏孔径两反光学成像***,是一种离轴、入瞳外置,具有较大视场角和填充因子的稀疏孔径两反光学成像***,适用于成像光谱仪等空间遥感领域。
本发明的技术方案是:
一种基于自由曲面的离轴稀疏孔径两反光学成像***,其特征在于:该稀疏孔径两反光学成像***包括沿***光轴自左向右依次设置的外置入瞳和主反射镜,在外置入瞳的右下方设置有次反射镜,该光学成像***的焦面位于主反射镜的左上方。所述主反射镜为球面反射镜,所述次反射镜为自由曲面反射镜;所述主反射镜为稀疏孔径结构,由多个分散的子反射镜构成。光线依次经过外置入瞳、主反射镜、次反射镜,聚焦于焦面。
上述次反射镜的面型为由X-Y多项式表征的自由曲面。
上述主反射镜与光轴成-6.85o夹角,次反射镜与光轴成-6.21o夹角。
上述主反射镜为凹的球面反射镜,次反射镜为凸的自由曲面反射镜。
上述多个分散的子反射镜数量为3-6块。
其中次反射镜的自由曲面面形满足X-Y多项式方程:
其中z是自由曲面表面矢高,c为曲面顶点的曲率,x和y为曲面所在位置的局部坐标,k为二次曲面系数,C j 为X-Y多项式的系数。
本发明的有益效果如下:
本发明为具有入瞳外置、以及具有大视场角和填充因子等特点的离轴稀疏孔径两反光学成像***,适用于成像光谱仪等空间遥感领域。
离轴稀疏孔径两反光学成像***的次反射镜采用了自由曲面,可以有效地平衡***的轴外像差,具有良好的成像质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明离轴稀疏孔径两反光学成像***结构示意图
图2为本发明离轴稀疏孔径两反光学***的结构参数图
图3为本发明离轴稀疏孔径两反光学***各个子镜分布图
图4为本发明离轴稀疏孔径两反光学***次反射镜的面型参数
图5为本发明离轴稀疏孔径两反光学***次反射镜的面型参数
图6为本发明离轴稀疏孔径两反光学成像***调制传递函数图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,一种离轴稀疏孔径两反光学成像***,该光学***包括沿***光轴自左向右依次设置的外置入瞳1和主反射镜2。在外置入瞳1的右下方设置有次反射镜3,该光学成像***的焦面4位于主反射镜2的左上方。主反射镜2为球面反射镜,次反射镜3为自由曲面反射镜;主反射镜2为稀疏孔径结构,由三个分散的子反射镜构成。光线依次经过外置入瞳1、主反射镜2、次反射镜3,最后聚焦于焦面4。
图2所示为本发明中各个光学器件的参数值:
其中外置入瞳的直径为100mm。主反射镜为三子镜稀疏孔径,三个子镜的分布如图3所示,各个子镜的直径均为60mm,主反射镜的直径为136mm,因此该离轴稀疏孔径光学成像***的填充因子为58.4%。
次反射镜采用了X-Y多项式表征的自由曲面,数学表达式为:
其中z是自由曲面表面矢高,c为曲面顶点的曲率,x和y为曲面所在位置的局部坐标,k为二次曲面系数,C j 为X-Y多项式的系数。次反射镜的X-Y多项式的系数C j 如图4和图5所示:
整个光学***的F/#(焦距与入瞳口径的比值)为9.07,焦距为914.06mm,对于像元尺寸为20μm的CCD,其奈奎斯特频率为25 lp/mm,由图6可以看出,各个视场的MTF值在25lp/mm处均大于0.4,因此整个***具有较好的成像质量。且由图6可以看出,***在水平方向±1.0o,竖直方向±0.8o的方形视场内具有接近衍射极限的成像质量(口径确定时的理论上最高的分辨率)。
以上的具体描述,对发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于自由曲面的离轴稀疏孔径两反光学成像***,该稀疏孔径两反光学成像***包括沿***光轴自左向右依次设置的外置入瞳和主反射镜,在外置入瞳的右下方设置有次反射镜,该光学成像***的焦面位于主反射镜的左上方;主反射镜为球面反射镜,次反射镜为自由曲面反射镜;主反射镜为稀疏孔径结构,由多个分散的子反射镜构成;光线依次经过外置入瞳、主反射镜、次反射镜,聚焦于焦面;所述次反射镜的面型为由X-Y多项式表征的自由曲面,次反射镜的面形满足X-Y多项式方程:
其中z是自由曲面表面矢高,c为曲面顶点的曲率,x和y为曲面所在位置的局部坐标,k为二次曲面系数,Cj为X-Y多项式的系数;
所述离轴稀疏孔径两反光学成像***的***结构参数如下表所示:
所述次反射镜的X-Y多项式的系数Cj如下表所示:
2.根据权利要求1所述的离轴稀疏孔径两反光学成像***,其特征在于:所述主反射镜为凹的球面反射镜,次反射镜为凸的自由曲面反射镜。
3.根据权利要求1所述的离轴稀疏孔径两反光学成像***,其特征在于:所述多个分散的子反射镜数量为3-6块。
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CN113655608A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-11-16 | 西安航空学院 | 一种基于稀疏孔径的可见或红外高分辨光学*** |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7009764B1 (en) * | 2002-07-29 | 2006-03-07 | Lockheed Martin Corporation | Multi-aperture high fill factor telescope |
CN101738949A (zh) * | 2009-11-20 | 2010-06-16 | 苏州大学 | 一种膜基反射镜面形控制***及控制方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7009764B1 (en) * | 2002-07-29 | 2006-03-07 | Lockheed Martin Corporation | Multi-aperture high fill factor telescope |
CN101738949A (zh) * | 2009-11-20 | 2010-06-16 | 苏州大学 | 一种膜基反射镜面形控制***及控制方法 |
CN102297663A (zh) * | 2011-04-26 | 2011-12-28 | 北京理工大学 | 基于彩色编码逆向哈特曼式面形测量方法 |
CN103487923A (zh) * | 2013-09-17 | 2014-01-01 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种全反射光学成像*** |
CN106383401A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-02-08 | 苏州大学 | 一种超宽视场离轴三反射镜光学成像*** |
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