專利名稱：消象散三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)，具體是一種消象散三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，它主要應(yīng)用于空間對地觀察望遠(yuǎn)鏡，在光通信領(lǐng)域中也有應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在反射式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中，由于兩反射鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計自由變量只有四個，象差校正和系統(tǒng)輪廓尺寸之間的矛盾在很大程度上限制了設(shè)計，如果系統(tǒng)在增加一個反射鏡，則系統(tǒng)設(shè)計的自由變量可增加至七個，從而大大增加了系統(tǒng)消象差的可能性，這也是大視場、大相對口徑空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)大多采用三反射鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)的原因。
在美國專利US 4,131,485中，Korsch給出了一個同軸的消象散三反射鏡式的空間望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)的主反射鏡和第三反射鏡的反射面為橢球面，第二反射鏡的反射面為雙曲面，在第一、第二反射鏡成像面附近安放了45°反射鏡使系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)更有利于探測器或照相機(jī)的安放。這種同軸三反射鏡系統(tǒng)在德國專利DE 4229874A1和DE 4226723A1中也有具體的類似的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的描述。
同軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)存在中心遮攔的缺點，人們在解決這一問題的過程中，研究出離軸三反鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)。美國專利US 4,265,510給出了離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的主反射鏡光軸為系統(tǒng)光軸，主反射鏡的反射面為橢球面，第二反射鏡為離軸雙曲面，它偏離系統(tǒng)光軸并與光軸傾斜某一角度，第三反射鏡為離軸橢球面，同樣偏離光軸并與光軸傾斜一定的角度。
離軸三反鏡系統(tǒng)在光學(xué)設(shè)計上是完美的，其系統(tǒng)設(shè)計性能可以達(dá)到光學(xué)衍射極限。但是由于系統(tǒng)的反射鏡為離軸的二次或高次非球面，其加工難度大，制造成本高，反射鏡的位置要偏離光軸并傾斜一定角度，這又給系統(tǒng)裝校帶來前所未有的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的設(shè)計方案是通過采用盡可能簡單的反射鏡曲面來降低光學(xué)加工的難度和費(fèi)用，通過采用反射鏡位置只離軸不傾斜的方法來降低系統(tǒng)光學(xué)裝校的難度，從而使三反鏡系統(tǒng)更易于加工、制造。
本發(fā)明的消象散三反射鏡系統(tǒng)如圖1所示，包括主反射鏡1、第二反射鏡5、第三反射鏡2和光闌4。第二反射鏡5光軸為光學(xué)系統(tǒng)的光軸，主反射鏡1光軸和第三反射鏡2光軸與系統(tǒng)光軸在同一平面內(nèi)，并分別向系統(tǒng)光軸上、下二邊偏離，主反射鏡1偏離系統(tǒng)光軸距離D1，第三反射鏡2偏離系統(tǒng)光軸距離D2。主反射鏡1與第二反射鏡5之間軸向間隔距離L1，第三反射鏡2與第二反射鏡5之間軸向間隔距離L2，光學(xué)系統(tǒng)的光闌4位于第二反射鏡5上，但根據(jù)需要可作一定的調(diào)整，如安放在主反射鏡1的前端，安放在主反射鏡1上，安放在主反射鏡1與第二反射鏡4之間或安放在第二反射鏡4與第三反射鏡2之間。主反射鏡1和第三反射鏡2的反射曲面為離軸二次橢球面，第二反射鏡5為普通的球面反射鏡。
光學(xué)系統(tǒng)成像原理為來自遠(yuǎn)方物體發(fā)出與系統(tǒng)光軸偏離一定角度α的平行光束6經(jīng)主反射鏡1、第二反射鏡5及第三反射鏡2反射后匯聚在離第三反射鏡2軸向間距為L3的像平面3上，像平面中心偏離系統(tǒng)光軸距離為D3，在像平面3位置上安置像敏感器件，如膠片、CCD器件、CMOS器件等，就可以獲得遠(yuǎn)方物體的信息。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1.光學(xué)系統(tǒng)的第二反射鏡5為普通的球面反射鏡，第二反射鏡的光軸就是系統(tǒng)的光軸，因此該三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸很容易確定，這給系統(tǒng)光學(xué)裝校帶來很大的方便；2.第二反射鏡5為普通的球面反射鏡，而主反射鏡1和第三反射鏡2的反射面也僅為離軸的二次橢球面，這與常規(guī)的三反射鏡系統(tǒng)相比，其反射鏡的加工難度大大降低了，加工費(fèi)用也有所降低；3.主反射鏡1和第三反射鏡2僅與系統(tǒng)光軸偏離一定的距離，與系統(tǒng)光軸無任何傾斜角度的要求，這大大減輕了系統(tǒng)在光學(xué)調(diào)整時的難度。


圖1為離軸消象散三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，1為光學(xué)系統(tǒng)主反射鏡；2為光學(xué)系統(tǒng)第三反射鏡；3為光學(xué)系統(tǒng)像平面；4為光學(xué)系統(tǒng)光闌；5為光學(xué)系統(tǒng)第二反射鏡；6為來自遠(yuǎn)方物體的平行光束。
圖2為實施例1光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。
圖3為實施例2光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。
具體實施例方式
實施例1根據(jù)圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我們設(shè)計了一星載望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，星載望遠(yuǎn)鏡的主要技術(shù)指標(biāo)為衛(wèi)星軌道高度686Km
地面分辨率 4m光譜范圍 全色刈幅寬度 24Km探測器 6000元CCD線陣(單元尺寸7μm×7μm)由望遠(yuǎn)鏡的總體技術(shù)指標(biāo)制定的光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)為焦距1200mm口徑φ300mm波長0.5-0.8μm視場2°(線視場)具體光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計結(jié)果附后，光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)曲線見圖2。
實施例2根據(jù)圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我們設(shè)計了一星載望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，星載望遠(yuǎn)鏡的主要技術(shù)指標(biāo)為衛(wèi)星軌道高度600Km地面分辨率 4.5m光譜范圍全色刈幅寬度27Km探測器 6000元CCD線陣(單元尺寸10μm×10μm)由望遠(yuǎn)鏡的總體技術(shù)指標(biāo)制定的光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)為焦距 1333.33mm口徑 φ300mm波長 0.5-0.8μm
視場2.83°(線視場)具體光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計結(jié)果附后，光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)傳遞函數(shù)曲線見圖3。光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計結(jié)果實施例1實施例2主反射鏡1曲率半徑2500.873mm(凹面) 2661.427mm(凹面)二次曲線系數(shù)-1.558309 -1.363062偏離系統(tǒng)光軸距離D1 160mm 155mm與第二反射鏡5間距L1 690mm 779.693mm第二反射鏡5曲率半徑979.0873mm(凸面) 836.574mm(凸面)二次曲線系數(shù)0 0偏離系統(tǒng)光軸距離0 0與第三反射鏡2間距L2 698.374mm 779.693mm光闌4直徑 135.1361mm134.78mm第三反射鏡2曲率半徑1165.723mm(凹面) 1214.02mm(凹面)二次曲線系數(shù)0.199226 0.192241偏離系統(tǒng)光軸距離D2 160mm 155mm與像平面間距L3 810mm 800mm像平面3偏離系統(tǒng)光軸距離D3125mm 110mm
權(quán)利要求
1.一種消象散三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括主反射鏡(1)、第二反射鏡(5)、第三反射鏡(2)和光闌(4)；其特征在于A.第二反射鏡(5)光軸為光學(xué)系統(tǒng)的光軸，主反射鏡(1)光軸和第三反射鏡(2)光軸與系統(tǒng)光軸在同一平面內(nèi)，并分別向系統(tǒng)光軸上、下二邊偏離；B.主反射鏡(1)和第三反射鏡(2)的反射曲面為離軸二次橢球面，第二反射鏡(5)為普通的球面反射鏡；C.主反射鏡(1)、第二反射鏡(5)和第三反射鏡(2)的光軸與光學(xué)系統(tǒng)的光軸無角度傾斜；D.來自遠(yuǎn)方物體發(fā)出與系統(tǒng)光軸偏離一定角度α的平行光束(6)經(jīng)主反射鏡(1)、第二反射鏡(5)及第三反射鏡(2)反射后匯聚在像平面(3)上，在像平面(3)位置上安置有像敏感器件，如膠片、CCD器件、CMOS器件等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1一種消象散三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所說的光闌(4)位于第二反射鏡(5)上，但根據(jù)需要可作一定的調(diào)整，如安放在主反射鏡(1)的前端，安放在主反射鏡(1)上，安放在主反射鏡(1)與第二反射鏡(5)之間或安放在第二反射鏡(5)與第三反射鏡(2)之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種消象散三反射鏡光學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括主反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡。第二反射鏡為球面反射鏡,其光軸就是光學(xué)系統(tǒng)的光軸。主反射鏡和第三反射鏡的光軸與系統(tǒng)光軸在同一平面內(nèi),且偏離系統(tǒng)光軸,與系統(tǒng)光軸無任何角度傾斜。主反射鏡和第三反射鏡的反射面為二次橢球面。該系統(tǒng)主要用于作為空間望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng),也可用于光通信領(lǐng)域。由于系統(tǒng)的反射鏡曲面為球面和二次橢球面,形狀簡單,而反射鏡的位置相對光學(xué)系統(tǒng)的光軸僅平移偏離一定距離無任何傾斜,因此該系統(tǒng)比一般的離軸消象散三反射鏡系統(tǒng)更易于加工、裝校。
文檔編號G02B23/02GK1350190SQ01132129
公開日2002年5月22日 申請日期2001年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月7日
發(fā)明者沈蓓軍, 劉寶麗, 汪駿發(fā), 薛永祺 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所