一种大视场离轴三反光学系统技术方案

本申请公开了一种大视场离轴三反光学系统，包括：与目标光束入射口相对设置的负光焦度的第一反射镜；设置于所述第一反射镜的反射光路上的负光焦度的第二反射镜，第二反射镜表面设置有孔径光阑；设置于所述第二反射镜的反射光路上的正光焦度的第三反射镜；用于接收所述第三反射镜的反射光线的探测器。由于本发明专利技术提供的大视场立轴三反光学系统在结构上采用“负‑负‑正”的反远距形式，视场角很大的轴外光线首先经过负光焦度的反射镜发散后，出射光线相对于正光焦度的反射镜的视场角减小，即更多的视场角很大的轴外光线能够进入正光焦度的反射镜，进而被探测器接收，从而实现扩大视场的目的。

A large field of off-axis three mirror optical system

The invention discloses an off-axis three mirror optical system with wide field, including: from a negative refractive power of the first reflector positioned opposite the target beam port; a negative refractive power of second mirror optical path are arranged on the first mirror, second mirror is arranged on the surface of the aperture; the dioptric third mirror reflection light path is arranged on the second mirror; for receiving the reflected light of the third mirror detector. Due to the large field vertical axis three mirror optical system provided by the invention adopts \negative negative positive\ retrofocus structure, visual angle of large off-axis rays first through the reflection mirror of negative optical power, emitting light with respect to the mirror of positive optical power field angle decreases the off-axis rays more large FOV can enter the mirror of positive optical power, and then received by a detector, so as to achieve the purpose of enlarging the field of view.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学设计
，更具体地说，涉及一种大视场离轴三反光学系统。
技术介绍
反射式光学系统由于不存在色差、系统可折叠、便于轻量化等优点，在空间光学系统中得到广泛应用。反射式系统按照反射镜数量可分为两反、三反、四反系统；按照光轴形式可分为同轴和离轴系统；其中离轴三反光学系统通过引入三块反射镜的3个非球面系数校正球差、慧差、象散，通过合理分配三块反射镜的光焦度校正像面弯曲，通过孔径离轴或视场离轴，实现系统无遮拦；三反系统能够实现较大视场内较好的像差校正与平衡，因此离轴三反光学系统能够实现大画幅、宽视场成像，在空间光学系统中被广泛采用。传统的离轴三反光学系统在光学结构上采用“正-负-正”形式，可使系统结构紧凑，有利于小型化，但不利于大视场设计，且仅能在长条形视场内成像，其目前国内的离轴三反系统其宽视场方向不超过17°，而窄视场方向最大不超过1°。因此，如何扩大离轴三反光学系统的视场范围是本领域技术人员急需要解决的技术问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种扩大离轴三反光学系统，能够有效扩大视场范围。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种大视场离轴三反光学系统，包括：与目标光束入射口相对设置的负光焦度的第一反射镜；设置于所述第一反射镜的反射光路上的负光焦度的第二反射镜，所述第二反射镜表面设置有孔径光阑；设置于所述第二反射镜的反射光路上的正光焦度的第三反射镜；用于接收所述第三反射镜的反射光线的探测器。优选的，在上述大视场离轴三反光学系统中，其特征在于，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜相互平行，且光轴重合，光学系统市场与所述光轴之间具有预设角度。优选的，在上述大视场离轴三反光学系统中，所述第一反射镜的视场中心与所述第二反射镜的视场中心距离比为1:1，所述第二反射镜视场中心与所述第三反射镜视场中心距离比为1:1。优选的，在上述大视场离轴三反光学系统中，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜的曲率中心位于同一条直线上。优选的，在上述大视场离轴三反光学系统中，所述第一反射镜为长条形口径自由曲面反射镜，所述第二反射镜为圆形口径二次非球面反射镜，所述第三反射镜为长条形口径高次非球面反射镜。优选的，在上述大视场离轴三反光学系统中，所述第一反射镜的自由曲面满足zernike公式：其中，z为自由曲面矢高，c为自由曲面名义曲率半径，r为反射镜口径，k为二次曲面系数，Ai为zernike多项式展开系数，为zernike多项式展开项。优选的，在上述大视场离轴三反光学系统中，所述探测器为多光谱矩形面阵探测器。从上述技术方案可以看出，本专利技术所提供的一种大视场离轴三反光学系统，包括：与目标光束入射口相对设置的负光焦度的第一反射镜；设置于所述第一反射镜的反射光路上的负光焦度的第二反射镜，第二反射镜表面设置有孔径光阑；设置于所述第二反射镜的反射光路上的正光焦度的第三反射镜；用于接收所述第三反射镜的反射光线的探测器。由于本专利技术提供的大视场立轴三反光学系统中采用的第一反射镜为负光焦度、第二反射镜为负光焦度以及第三反射镜为正光焦度，在结构上采用“负-负-正”的反远距形式，反远距形式即为光路通过的行程中，负光焦度的反射镜在前，正光焦度的反射镜在后，光线经过负光焦度的反射镜发散后进入正光焦度的反射镜，被正光焦度的反射镜成像到焦面上，获得更长的后工作距离。负光焦度的反射镜可以减小轴外光线对正光焦度的反射镜的视场角，即视场角很大的轴外光线首先经过负光焦度的反射镜发散后，出射光线相对于正光焦度的反射镜的视场角减小，即更多的视场角很大的轴外光线能够进入正光焦度的反射镜，进而被探测器接收，从而实现扩大视场的目的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种大视场离轴三反光学系统结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的截止频率MTF曲线图；图3为本专利技术实施例提供在全视场内波前误差RMS分布图；图4为本专利技术实施例提供在各视场能量集中度曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，图1为本专利技术实施例提供的一种大视场离轴三反光学系统结构示意图。在一种具体实施方式中，提供了一种大视场离轴三反光学系统，包括：与目标光束入射口相对设置的负光焦度的第一反射镜；设置于所述第一反射镜的反射光路上的负光焦度的第二反射镜，第二反射镜表面设置有孔径光阑；设置于所述第二反射镜的反射光路上的正光焦度的第三反射镜；用于接收所述第三反射镜的反射光线的探测器。其中，第一反射镜作为主镜，将主镜设置为负光焦度的主镜，本实施例中，其曲率半径R1为14473mm，通光口径550mm×220mm，离轴量-290mm，第二反射镜为负光焦度的次镜，其曲率半径R2为-1800mm，间隔1195mm，第三反射镜为正光焦度的次镜，其曲率半径R3为-1574.5mm，间隔-1295mm，通光口径804mm×485mm，离轴量275.5mm，探测器的通光口径为165mm×28.5mm。第一反射镜与第二反射镜顶点间隔及第二反射镜与第三反射镜顶点间隔均为1195mm，第三反射镜顶点与相机焦面间隔为1295mm。其中，为校正像面弯曲，第一反射镜、第二反射镜及第三反射镜的曲率半径R1、R2、R3满足如下关系： 1 R 1 - 1 R 2 + 1 R 3 = 0 ]]>使得系统校正了球差、慧差、象散及场曲，并满足焦距要求。按照上述参数进行设置后的光学系统，在孔径光阑的位置处设置一定尺寸的通光口即用于限制成像的光束口径，其通光口径为150mm，焦距为450mm，由系统通光口径与焦距之比即为系统的相对口径比为1:3，矩形视场为22°×3.5°，面视场达到77平方度，并将视场偏置为15.75°，以避免中心遮拦，系统波段范围：0.4～1.0um。第一反射镜是是整个光学系统的入口，目标光束经过第一块反射镜后照射到第二反射镜，经过第二反射镜的反射后照射到第三反射镜，经过第三反射镜反射后照射到探测器。上述光学系统保证在小于1：3的相对孔径下、在大于75平方度的矩形视场内达到衍射极限的成像质量。在上述实施方式的基础上，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜相互平行，且光轴重合，光学系统市场与所述光轴之间具有预设角度。即采用偏视场结构，即第一反射镜的视场中心相对轴上视场具有偏离量，偏视场结构可以避开中心遮拦，此时成像光束不被光学元件遮挡，减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大视场离轴三反光学系统，其特征在于，包括：与目标光束入射口相对设置的负光焦度的第一反射镜；设置于所述第一反射镜的反射光路上的负光焦度的第二反射镜，所述第二反射镜表面设置有孔径光阑；设置于所述第二反射镜的反射光路上的正光焦度的第三反射镜；用于接收所述第三反射镜的反射光线的探测器。

【技术特征摘要】
1.一种大视场离轴三反光学系统，其特征在于，包括：与目标光束入射口相对设置的负光焦度的第一反射镜；设置于所述第一反射镜的反射光路上的负光焦度的第二反射镜，所述第二反射镜表面设置有孔径光阑；设置于所述第二反射镜的反射光路上的正光焦度的第三反射镜；用于接收所述第三反射镜的反射光线的探测器。2.如权利要求1所述的大视场离轴三反光学系统，其特征在于，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜相互平行，且光轴重合，光学系统市场与所述光轴之间具有预设角度。3.如权利要求2所述的大视场离轴三反光学系统，其特征在于，所述第一反射镜的视场中心与所述第二反射镜的视场中心距离比为1:1，所述第二反射镜视场中心与所述第三反射镜视场中心距离比为1:1。4.如权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏壮，殷丽梅，张振铎，陈涛，王建立，赵金宇，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22