專利名稱：衍射復(fù)眼望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種空間成像光學(xué)系統(tǒng)，主要用于空間攝影，空間對地觀測遙感等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代小型化衛(wèi)星的發(fā)射特點，要求其所攜帶的光學(xué)系統(tǒng)具有質(zhì)量輕、分辨率高、大視場 的特點。目前針對以上特點有兩種解決方法采用非球面反射鏡做主鏡的反射式空間望遠鏡 光學(xué)系統(tǒng)，其對非球面的面形精度要求高，加工難度大，成本高；釆用衍射透鏡做主鏡的透 射式光學(xué)系統(tǒng)，雖然具有比較寬松的公差要求，但難以解決大視場和輕量化的矛盾。而基于 復(fù)眼結(jié)構(gòu)的衍射望遠鏡，仿照生物復(fù)眼一對一結(jié)構(gòu)的特點，能夠滿足現(xiàn)代小型衛(wèi)星的要求， 由于其物鏡組和目鏡組在空間均成一定角度排列，因此在裝調(diào)上存在一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新概念的空間望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)——衍射復(fù)眼望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)。該衍射復(fù) 眼望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)能夠解決傳統(tǒng)望遠鏡系統(tǒng)質(zhì)量輕成本低與大視場高分辨率的矛盾。
本發(fā)明衍射復(fù)眼望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)包括衍射物鏡i ，目鏡組n，接收器組ni。 衍射物鏡i是一個在平凸透鏡的平面上制作二元衍射面的衍射透鏡。目鏡組n由n
(3^ 219，且n為奇數(shù))個子目鏡系統(tǒng)組成，以衍射物鏡主光軸為中心左右對稱連續(xù)排列，
位于衍射物鏡主光軸上的子目鏡0;在主光軸右側(cè)的子目鏡系統(tǒng)1、子目鏡系統(tǒng)2…子目鏡
系統(tǒng)^;在主光軸的左側(cè)的子目鏡系統(tǒng)1'、子目鏡系統(tǒng)2'…子目鏡系統(tǒng)(^1)'。為 2 2
了增大接收器組m的調(diào)試空間，每個子目鏡系統(tǒng)都是由 一個雙膠合透鏡A， 一個雙膠合透
鏡B，兩個不同曲率半徑的單透鏡C和單透鏡D，共四個透鏡所組成。
而接收器組m對應(yīng)目鏡組n，即在每一個子目鏡系統(tǒng)后面焦點位置處都有一個獨立的接 收器。
本發(fā)明的光路設(shè)計即位置關(guān)系-
豎直方向放置衍射物鏡I 。衍射物鏡I消色差中心波長的焦距為L，在衍射物鏡I的主光軸上L位置處垂軸放置子目鏡系統(tǒng)O;以衍射透鏡的后主點為中心，水平方向逆時針旋主 光軸0.2'，在距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡1，水平方向逆時針旋轉(zhuǎn)主光軸0.4°，
距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡系統(tǒng)2…水平方向逆時針旋轉(zhuǎn)主光軸(^) *0.2°，
距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡系統(tǒng)W;以衍射透鏡的后主點為中心，水平方向
2
順時針旋主光軸o.2'，在距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡r ，水平方向順時針旋轉(zhuǎn)
主光軸0.4° ，距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡系統(tǒng)2'…水平方向順時針旋轉(zhuǎn)主光
軸(^Z1) *0.2、距離衍射物鏡L位置處垂軸放置子目鏡系統(tǒng)(^)'。接收器組III中 2 2
的n個接收器分別放置在目鏡組II每個子目鏡系統(tǒng)的焦點位置處。 本發(fā)明的成像光路
在可見光寬波段光譜范圍內(nèi)，從無窮遠處物體發(fā)出的光，經(jīng)過衍射物鏡I和目鏡組II成
像在接收器組in上。其中目鏡組n中的每一個子目鏡系統(tǒng)對應(yīng)一定視場角內(nèi)的圖像，子目鏡 系統(tǒng)o對應(yīng)-o. r到o. r視場角內(nèi)的圖像，子目鏡系統(tǒng)i對應(yīng)逆時針o. r到o. 3°視場角內(nèi)
的圖像…子目鏡^對應(yīng)逆時針(0.1n-0.2) °到(O.ln)。視場角內(nèi)的圖像；相應(yīng)的，子目 2
鏡系統(tǒng)l'對應(yīng)順時針O. r到0.3。視場角內(nèi)的圖像…子目鏡(^)'對應(yīng)順時針(0.1n-0.2)
°到(O.ln)。視場角內(nèi)的圖像。相鄰視場角的圖像可以拼接在一起，從而形成對物體視場角 內(nèi)的完整圖像，衍射復(fù)眼望遠鏡系統(tǒng)的成像大小由其所使用的子目鏡個數(shù)決定。 根據(jù)具體應(yīng)用情況，作以下說明
1、 整個衍射復(fù)眼望遠鏡系統(tǒng)的視場角由所用的目鏡組II的個數(shù)n所決定，其中 3SwS19，且n為奇數(shù)。
2、 n個子目鏡要連續(xù)排列，才能對連續(xù)視場成像。
3、 采用好的接收器，能降低各部分光電噪聲的影響，從而獲得更清晰的圖像。 本發(fā)明的有益效果是第一該衍射復(fù)眼望遠鏡系統(tǒng)具有寬光譜0.4/^—0.7//附、高分辨率和質(zhì)量輕的特點。 第二衍射物鏡是透射型光學(xué)元件，因透射表面上面形誤差影響比反射表面要好 16(//#)2倍，具有寬松的制作公差，且衍射光學(xué)元件易復(fù)制，制作成本低。
第三按照生物復(fù)眼一對多結(jié)構(gòu)排列的目鏡組擴大了光學(xué)系統(tǒng)的視場角，最大可達
3.8° 。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步說明。 圖1為衍射復(fù)眼望遠鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為衍射物鏡I和軸上子目鏡系統(tǒng)0的傳遞函數(shù)曲線。 圖3為衍射物鏡I和子目鏡系統(tǒng)9的傳遞函數(shù)曲線。 圖4為軸上子目鏡系統(tǒng)0的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
結(jié)合附圖l、 2、 3、 4，對本發(fā)明作進一步的說明
圖1中，衍射物鏡I (孔徑光闌)口徑50mm, f/tt=49，基底為lmra的K9玻璃(選用低
密度薄膜材料用以減小質(zhì)量)，其第一個面是二元衍射面；黑框中子目鏡系統(tǒng)II口徑8mm;
框外為接收器組m。系統(tǒng)工作波段0.4/^"0.7/卵，系統(tǒng)f/^3.88，視場角由子目鏡系統(tǒng)
個數(shù)所決定w=(0.2x")°。
圖2中，在空間頻率501p/mm處，各視場的傳遞函數(shù)可達到0. 7以上。 圖3中，在空間頻率501p/mm處，各視場的傳遞函數(shù)可達到0. 6以上。 圖4中，每個子目鏡系統(tǒng)都是由 一個K9和ZF1玻璃膠合而成的正透鏡A， 一個ZF1
和K9玻璃膠合而成的負透鏡B，兩個不同曲率半徑的K9玻璃單透鏡C和單透鏡D，共四個
透鏡所組成。
實施例1:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明，依照附圖l所示，按以下步驟擺放光路
1:首先豎直放置衍射物鏡I，并標定衍射物鏡I在中心波長587.6nm下的焦距L。2:在距離衍射物鏡I的L處，水平放置子目鏡系統(tǒng)0，并使子目鏡系統(tǒng)O和衍射物鏡 I共軸。
3:在過光軸的水平面上，逆時針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.2'，垂軸放置子目鏡系統(tǒng)l。 4:在過光軸的水平面上，順時針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.2° ，垂軸放置子目鏡系統(tǒng)1'。 5:分別在三個子目鏡系統(tǒng)的后焦面上放置接收器。
該實施例中，共使用了3個子目鏡系統(tǒng)，將衍射復(fù)眼望遠鏡對無窮遠處成像，每個子目 鏡系統(tǒng)負責0.2°視場角，該衍射復(fù)眼望遠鏡可以獲得0.6°視場內(nèi)清晰的像。 實施例2:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明，依照附圖l所示，按以下步驟進行光路擺放
1:首先豎直放置衍射物鏡I ，并標定衍射物鏡I在中心波長587. 6nm下的焦距L。 2:在距離衍射物鏡I的L處，水平放置子目鏡系統(tǒng)O，并使子目鏡系統(tǒng)O和衍射物鏡 I共軸。
3:在過光軸的水平面上，逆時針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.2。，垂軸放置子目鏡系統(tǒng)l。
4:按照步驟3，逆時針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.4'，垂軸放置子目鏡系統(tǒng)2。
5:按照步驟3，逆時針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.6"，垂軸放置子目鏡系統(tǒng)3。
6:在過光軸的水平面上，順時針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.2。，放置子目鏡系統(tǒng)l'。
7:按照步驟6，順時針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.4。，放置子目鏡系統(tǒng)2，。
8:按照步驟6，順時針旋轉(zhuǎn)長度為L的主光軸0.6'，放置子目鏡系統(tǒng)3'。
9:分別在每個子目鏡系統(tǒng)的后焦面上放置接收器。
該實施例中，共使用了7個子目鏡系統(tǒng)，將衍射復(fù)眼望遠鏡對無窮遠處成像，每個子目 鏡系統(tǒng)負責0.2°視場角，該衍射復(fù)眼望遠鏡可以獲得1.4度視場內(nèi)清晰的像。
以此類推，子目鏡系統(tǒng)O和衍射物鏡I共軸放置，在子目鏡系統(tǒng)0的兩側(cè)分別放置1-9 個子目鏡系統(tǒng)，衍射復(fù)眼望遠鏡可以獲得0.2°-3.8"視場內(nèi)清晰的像。
權(quán)利要求
1、一種衍射復(fù)眼望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于該光學(xué)系統(tǒng)包括衍射物鏡I，目鏡組II，接收器組III；該衍射復(fù)眼望遠鏡系統(tǒng)采用衍射透鏡做物鏡，將衍射物鏡和子目鏡系統(tǒng)按照一對多的生物復(fù)眼結(jié)構(gòu)進行空間排布，即在衍射物鏡消色差中心波長的焦距處將子目鏡系統(tǒng)以的空間角度排放，每個子目鏡系統(tǒng)后放置一個接收器；衍射物鏡I是一個在平凸透鏡的平面上制作二元衍射面的衍射透鏡；目鏡組II由n個子目鏡系統(tǒng)組成，其中n為3≤n≤19，且n為奇數(shù)，衍射復(fù)眼望遠鏡系統(tǒng)的視場角由所用的目鏡組II的個數(shù)n所決定；相鄰視場角的圖像拼接在一起，從而形成對物體視場角內(nèi)的完整圖像；而接收器組III對應(yīng)目鏡組II，即在每一個子目鏡系統(tǒng)后面焦點位置處都有一個獨立的接收器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射復(fù)眼望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于目鏡組II包括n個子 目鏡系統(tǒng)，n個子目鏡系統(tǒng)的空間排布方式是以衍射物鏡主光軸為中心左右對稱連續(xù)排 列，位于衍射物鏡主光軸上的子目鏡0;在主光軸右側(cè)的子目鏡系統(tǒng)1、子目鏡系統(tǒng)2…子目鏡系統(tǒng)^;在主光軸的左側(cè)的子目鏡系統(tǒng)r 、子目鏡系統(tǒng)2'…子目鏡系統(tǒng)(ilzl)'。 2 2
3、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的衍射復(fù)眼望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于為了增大接收器組m的調(diào)試空間，每個子目鏡系統(tǒng)可以由 一個雙膠合透鏡A， 一個雙膠合透鏡B，兩個不同曲 率半徑的單透鏡C和單透鏡D，共四個透鏡所組成。
全文摘要
一種衍射復(fù)眼望遠鏡的光學(xué)系統(tǒng)，它屬于空間光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該衍射復(fù)眼望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)采用衍射透鏡做物鏡，將衍射物鏡和子目鏡系統(tǒng)按照一對多的生物復(fù)眼結(jié)構(gòu)進行空間排布，即在衍射物鏡消色差中心波長的焦距處將子目鏡系統(tǒng)以一定的空間角度排放，每個子目鏡系統(tǒng)后放置一個接收器。本發(fā)明的多個子目鏡系統(tǒng)為3-19之間的奇數(shù)個，望遠鏡系統(tǒng)的視場角由所用的目鏡組II的個數(shù)n所決定。整個系統(tǒng)具有很輕的質(zhì)量，在0.4μm-0.7μm的寬光譜范圍內(nèi)，其視場比單衍射望遠鏡可擴大3倍到19倍，并且具有高分辨率及接近衍射極限的成像質(zhì)量。此衍射復(fù)眼望遠鏡很好地解決了傳統(tǒng)空間望遠鏡質(zhì)量輕成本低與大視場高分辨力之間的矛盾，可用于空間對地觀測遙感，空間攝影等領(lǐng)域。
文檔編號G02B23/00GK101556374SQ200910066980
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者華 劉, 盧振武, 岳巾英 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所