CN111580258A - 一种紧凑型大视场小f#折反射光学*** - Google Patents
一种紧凑型大视场小f#折反射光学*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN111580258A CN111580258A CN202010475040.7A CN202010475040A CN111580258A CN 111580258 A CN111580258 A CN 111580258A CN 202010475040 A CN202010475040 A CN 202010475040A CN 111580258 A CN111580258 A CN 111580258A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mirror
- primary
- coefficient
- optical system
- mirrors
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0836—Catadioptric systems using more than three curved mirrors
- G02B17/084—Catadioptric systems using more than three curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0836—Catadioptric systems using more than three curved mirrors
- G02B17/0844—Catadioptric systems using more than three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
本发明属于光学成像领域，涉及一种紧凑型大视场小F#折反射光学***。主要用于大视场高分辨率对地成像。解决现有遥感光学***不能同时满足成像视场大、工作波段较宽与结构紧凑要求的问题。沿光线传播方向依次包括主镜、次镜、三镜、四镜和补偿透镜；主镜、次镜与三镜的轴向中心均开设内孔，三镜嵌入主镜的内孔中；四镜嵌入次镜的内孔中；光线在传播方向上依次经过主镜、次镜、三镜、四镜的反射后透过补偿透镜，到达焦平面成像；主镜、次镜、三镜与四镜均为最高次数为四次的偶次非球面镜，采用四块偶次非球面反射镜对光路进行折转，使得***的总长大大缩减，同时主镜与三镜、次镜与四镜一体加工，减小***的总镜片数量，降低***装调难度。
Description
技术领域
本发明属于光学成像领域，具体涉及一种紧凑型大视场小F#折反射光学***。主要用于大视场高分辨率对地成像，也可用于城市安全监控、国土普查、防灾减灾等领域。
背景技术
随着光学技术发展，光学遥感领域的重要性不断增加，同时对用于遥感的光学***提出了更高性能的要求。为适应新的性能要求，遥感光学***逐步向长焦距、大口径、宽谱段、大视场、结构紧凑等方向发展，而全反射***在实现上述指标上具有独特的优势。传统的RC***具有长焦距、大口径、结构紧凑、易装调等优势，由于采用了透射补偿镜，***的工作波段较窄，且***成像视场很难做大；离轴三反射光学***虽能够实现长焦距、大口径、宽谱段、大视场等功能，但是单***本身的装调较为复杂，总体尺寸也比较大。同时为了扩大视场和校正像差，在离轴三反射的基础上也发展出了离轴四反射结构，进一步加剧了***总体尺寸与装调的复杂度。
北京空间机电研究所葛婧菁等人申请的专利号为CN 109459844 A的专利《一种紧凑型大视场互嵌式折反射光学***》，***采用了复杂化的格里高利***，次镜与三镜之间存在一个中间像面，以同轴四反射的形式实现了一种更优化的***设置，整体结构紧凑、总长度小于有效焦距的1/10，全视场可达3°，成像质量接近衍射极限。说明书中给出了光学***的入瞳直径为1250mm，焦距为7700mm，假定***的遮拦比为1/3，***等效F#＝6.7。***可以理解为格里高利***，区别在于补偿镜为反射镜，由于格里高利***本身的成像视场较小，采用反射镜作为补偿镜之后，整体成像视场仍然不大。RC***类似于格里高利***，区别在于没有一次像面，成像视场更大。
因此，本发明根据RC***提出一种基于RC***的同轴四反射光学***，***具有成像视场大，***F#小，***结构紧凑、工作谱段宽、成像质量高等特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种紧凑型大视场小F#折反射光学***，以解决现有遥感光学***不能同时满足成像视场大、工作波段较宽与结构紧凑要求的问题。
本发明光学***具有成像视场大，***F#小等特点，同时还具有结构紧凑、工作谱段宽、成像质量高、装调简单等特点。
本发明的技术解决方案是提供一种紧凑型大视场小F#折反射光学***，其特殊之处在于：沿光线传播方向依次包括主镜、次镜、三镜、四镜和补偿透镜；还包括设置在次镜上的光阑；
所述主镜、次镜与三镜的轴向中心均开设内孔，所述三镜嵌入主镜的内孔中，三镜的外周面紧贴主镜内孔孔壁；所述四镜嵌入次镜的内孔中，四镜的外周面紧贴次镜内孔孔壁；所述补偿透镜位于三镜内孔中，与三镜内孔孔壁之间具有间隙；光线在传播方向上依次经过主镜、次镜、三镜、四镜的反射后透过补偿透镜，到达焦平面成像；
所述主镜、次镜、三镜与四镜均为最高次数为四次的偶次非球面镜，所述补偿透镜的表面为球面；
所述主镜与次镜、次镜与三镜、三镜与四镜之间的中心间距均相等。
进一步地，所述主镜的曲率半径为-76.80mm，所述主镜与次镜的中心间距为38.70mm，所述主镜的conic系数为-1.00，所述主镜的二次项系数为3.8340e-3，所述次镜的四次项系数为1.9887e-8。
进一步地，所述次镜的曲率半径为-35.05mm，所述次镜与三镜的中心间距为38.70mm，所述次镜的conic系数为-1.16，所述次镜的二次项系数为0.0106，所述次镜的四次项系数为-2.3981e-7。
进一步地，所述三镜的曲率半径为-17.52mm，所述三镜与四镜的间距为38.70mm，所述三镜的conic系数为-1.02，所述三镜的二次项系数为0.0262，所述三镜的四次项系数为-4.9931e-7。
进一步地，所述四镜的曲率半径为-13.68mm，所述四镜与补偿透镜的间距为40.58mm，所述四镜的conic系数为-0.97，所述四镜的二次项系数为0.03468，所述四镜的四次项系数为7.9750e-7。
进一步地，所属补偿透镜的材料为融石英，前表面曲率半径为33.26mm，后表面的曲率半径为29.60mm，透镜中心厚度为2.00mm。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用四块偶次非球面反射镜对光路进行折转，使得***的总长大大缩减，同时主镜与三镜、次镜与四镜一体加工，减小***的总镜片数量，降低***装调难度；
2.本发明主镜与次镜、次镜与三镜、三镜与四镜之间的中心间隔均相等，保证了主镜与三镜、次镜与四镜在光轴位置重合，有利于减小主镜与三镜、次镜与四镜一体加工时产生的矢高差，同时降低主镜与三镜、次镜与四镜一体加工时光学加工与光学检测的难度；
3.与背景中提到的同轴四反射光学***相比，在保持了***结构紧凑、成像质量高，工作谱段宽的特性下，光学***的全视场达到5°，***有效F#降低到1.70，且在100lp/mm处的传递函数高于0.4。
附图说明
图1为本发明光学***的结构示意图；
图2为本发明光学***光路结构示意图；
图3为本发明光学***的MTF曲线；
图4为本发明光学***弥散斑图；
图5为本发明光学***场曲畸变曲线；
图中附图标记为：1-主镜；2-次镜，3-三镜，4-四镜、5-补偿透镜，6-焦平面。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
如图1所示，为本实施例光学***的结构示意图，在光学路径上放置主镜1与三镜3的组合镜、次镜2和四镜4的组合镜和补偿透镜5。
主镜1的轴向中心均开设内孔，三镜3嵌入主镜的内孔中，三镜的外周面紧贴主镜内孔孔壁；次镜2的轴向中心均开设内孔，四镜4嵌入次镜2的内孔中，四镜4的外周面紧贴次镜2内孔孔壁；三镜3的轴向中心亦开设内孔，补偿透镜位于三镜内孔中，与三镜内孔孔壁之间具有间隙。***光阑位于次镜2，且***中不存在中间像面。光线在传播方向上依次经过主镜1、次镜2、三镜3、四镜4和补偿透镜5，之后达到焦平面6。
上述紧凑型大视场小F#折反射光学***中，主镜1、次镜2、三镜3与四镜4四个反射镜均为最高次数为四次的偶次非球面镜，补偿透镜5的表面均为球面；主镜1的曲率半径为-76.80mm，主镜1与次镜2的间距为38.70mm，主镜1的conic系数为-1.00，主镜1的二次项系数为3.8340e-3，次镜2的四次项系数为1.9887e-8；次镜2的曲率半径为-35.05mm，次镜2与三镜3的间距为38.70mm，次镜2的conic系数为-1.16，次镜2的二次项系数为0.0106，次镜2的四次项系数为-2.3981e-7；三镜3的曲率半径为-17.52mm，三镜3与四镜4的间距为38.70mm，三镜3的conic系数为-1.02，三镜3的二次项系数为0.0262，三镜3的四次项系数为-4.9931e-7；四镜4的曲率半径为-13.68mm，四镜4与补偿透镜5的间距为40.58mm，四镜4的conic系数为-0.97，四镜4的二次项系数为0.03468，四镜4的四次项系数为7.9750e-7；补偿透镜的材料为融石英，将光束先到达的表面定义为补偿透镜的前表面，补偿透镜前表面曲率半径为33.26mm，后表面的曲率半径为29.60mm，补偿透镜中心厚度为2.00mm。
本实施例所提供的光学***的***焦距为192mm，成像视场为5°，工作波段为400-900nm，***有效F#为1.70(扣除中心遮拦)，全视场无渐晕。如图3和图5所示，在400-900nm波段范围内全视场范围内MTF均接近衍射极限，相对畸变小于0.2％。
Claims (6)
1.一种紧凑型大视场小F#折反射光学***，其特征在于：沿光线传播方向依次包括主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)、四镜(4)和补偿透镜(5)；还包括设置在次镜上的光阑；
所述主镜(1)、次镜(2)与三镜(3)的轴向中心均开设内孔，所述三镜(3)嵌入主镜(1)的内孔中，三镜(3)的外周面紧贴主镜(1)内孔孔壁；所述四镜(4)嵌入次镜(2)的内孔中，四镜(4)的外周面紧贴次镜(2)内孔孔壁；所述补偿透镜(5)位于三镜(3)内孔中，与三镜(3)内孔孔壁之间具有间隙；光线在传播方向上依次经过主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)、四镜(4)的反射后透过补偿透镜(5)，到达焦平面成像；
所述主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)与四镜(4)均为最高次数为四次的偶次非球面镜，所述补偿透镜(5)的表面为球面；
所述主镜(1)与次镜(2)、次镜(2)与三镜(3)、三镜(3)与四镜(4)之间的中心间距均相等。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型大视场小F#折反射光学***，其特征在于：所述主镜(1)的曲率半径为-76.80mm，所述主镜(1)与次镜(2)的中心间距为38.70mm，所述主镜(1)的conic系数为-1.00，所述主镜(1)的二次项系数为3.8340e-3，所述次镜(2)的四次项系数为1.9887e-8。
3.根据权利要求2所述的一种紧凑型大视场小F#折反射光学***，其特征在于：所述次镜(2)的曲率半径为-35.05mm，所述次镜(2)与三镜(3)的中心间距为38.70mm，所述次镜(2)的conic系数为-1.16，所述次镜(2)的二次项系数为0.0106，所述次镜(2)的四次项系数为-2.3981e-7。
4.根据权利要求3所述的一种紧凑型大视场小F#折反射光学***，其特征在于：所述三镜(3)的曲率半径为-17.52mm，所述三镜(3)与四镜(4)的间距为38.70mm，所述三镜(3)的conic系数为-1.02，所述三镜(3)的二次项系数为0.0262，所述三镜(3)的四次项系数为-4.9931e-7。
5.根据权利要求4所述的一种紧凑型大视场小F#折反射光学***，其特征在于：所述四镜(4)的曲率半径为-13.68mm，所述四镜(4)与补偿透镜(5)的间距为40.58mm，所述四镜(4)的conic系数为-0.97，所述四镜(4)的二次项系数为0.03468，所述四镜(4)的四次项系数为7.9750e-7。
6.根据权利要求5所述的一种紧凑型大视场小F#折反射光学***，其特征在于：所属补偿透镜(5)的材料为融石英，前表面曲率半径为33.26mm，后表面的曲率半径为29.60mm，中心厚度为2.00mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010475040.7A CN111580258B (zh) | 2020-05-29 | 一种紧凑型大视场小f#折反射光学*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010475040.7A CN111580258B (zh) | 2020-05-29 | 一种紧凑型大视场小f#折反射光学*** |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111580258A true CN111580258A (zh) | 2020-08-25 |
| CN111580258B CN111580258B (zh) | 2024-08-02 |
Family
ID=
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113031238A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-06-25 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学*** |
| CN116755232A (zh) * | 2023-08-14 | 2023-09-15 | 苏州简测科技有限公司 | 一种折反式光学镜头 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150346022A1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-03 | Tsinghua University | Off-axial three-mirror optical system with freeform surfaces |
| CN107966804A (zh) * | 2017-12-30 | 2018-04-27 | 苏州大学 | 紧凑型长焦距四反射镜望远物镜 |
| CN207924243U (zh) * | 2017-12-30 | 2018-09-28 | 苏州大学 | 紧凑型长焦距四反射镜望远物镜 |
| CN109459844A (zh) * | 2018-09-07 | 2019-03-12 | 北京空间机电研究所 | 一种紧凑型大视场互嵌式全反射光学*** |
| CN212364708U (zh) * | 2020-05-29 | 2021-01-15 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种紧凑型大视场小f#折反射光学*** |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150346022A1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-03 | Tsinghua University | Off-axial three-mirror optical system with freeform surfaces |
| CN107966804A (zh) * | 2017-12-30 | 2018-04-27 | 苏州大学 | 紧凑型长焦距四反射镜望远物镜 |
| CN207924243U (zh) * | 2017-12-30 | 2018-09-28 | 苏州大学 | 紧凑型长焦距四反射镜望远物镜 |
| CN109459844A (zh) * | 2018-09-07 | 2019-03-12 | 北京空间机电研究所 | 一种紧凑型大视场互嵌式全反射光学*** |
| CN212364708U (zh) * | 2020-05-29 | 2021-01-15 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种紧凑型大视场小f#折反射光学*** |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113031238A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-06-25 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学*** |
| CN116755232A (zh) * | 2023-08-14 | 2023-09-15 | 苏州简测科技有限公司 | 一种折反式光学镜头 |
| CN116755232B (zh) * | 2023-08-14 | 2023-10-20 | 苏州简测科技有限公司 | 一种折反式光学镜头 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104317039B (zh) | 一种折反式摄远物镜 | |
| CN108519664B (zh) | 主三镜一体化的同轴三反红外光学成像装置 | |
| EP0514538B1 (en) | Graded index optical elements and catadioptric optical systems | |
| CN109739013B (zh) | 具有实入瞳的大焦比宽视场离轴三反光学*** | |
| CN109459844B (zh) | 一种紧凑型大视场互嵌式全反射光学*** | |
| CN102538965A (zh) | 大口径光栅型成像光谱仪的光学***及设计方法 | |
| CN111624752A (zh) | 一种紧凑型长焦四反望远光学*** | |
| CN111367066A (zh) | 一种同轴四反光学*** | |
| CN112034605A (zh) | 一种折反式Golay3稀疏孔径光学*** | |
| WO2023077712A1 (zh) | 一种大口径球面主镜离轴无焦光学*** | |
| CN115480395A (zh) | 一种宽容差高分辨率光学*** | |
| CN109407290A (zh) | 折叠式超薄光学成像*** | |
| CN203217172U (zh) | 折反射式超宽波段小遮拦比望远镜光学*** | |
| CN111025615B (zh) | 一种光学*** | |
| CN212364708U (zh) | 一种紧凑型大视场小f#折反射光学*** | |
| CN111580258B (zh) | 一种紧凑型大视场小f#折反射光学*** | |
| CN110262023B (zh) | 一种四倍连续变焦4k高清光学*** | |
| CN111580258A (zh) | 一种紧凑型大视场小f#折反射光学*** | |
| CN109283670B (zh) | 一种基于自由曲面的离轴稀疏孔径两反光学成像*** | |
| CN114924457B (zh) | 一种超短焦光学***及投影设备 | |
| CN215953963U (zh) | 光学镜头以及天文定位摄影装置 | |
| CN113238368B (zh) | 一种无二次遮拦面视场折轴三反望远物镜 | |
| CN113671680B (zh) | 一种离轴两反多光合一光学主*** | |
| CN112666694B (zh) | 折反式光学*** | |
| CN210864181U (zh) | 中波红外长焦距镜头 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |