一种折反式Golay3稀疏孔径光学系统技术方案

本发明专利技术属于光学仪器领域，为解决现有同轴稀疏孔径光学系统视场角小，填充因子小的技术问题，提出一种折反式Golay3稀疏孔径光学系统，该光学系统包括：采用面形为双曲面的Golay3阵列主反射镜、面形为双曲面的次反射镜、面形为球面的矫正透镜组，该稀疏孔径光学系统的全视场角为1°×1°，F数为5，入瞳直径为300 mm，结构紧凑，适用波段为可见光，其主反射镜采用填充因子为40.3%的Golay3阵列结构，次反射镜口径小于子镜口径，矫正透镜组为采用采用H‑ZK11玻璃（成都光明）的正负正结构，三个透镜均为弯月透镜。本发明专利技术适用于对遥远的暗弱物体成像。

【技术实现步骤摘要】
一种折反式Golay3稀疏孔径光学系统
本专利技术属于光学仪器领域，涉及一种折反式光学系统。
技术介绍
本专利技术目的在于提供一种折反式Golay3稀疏孔径光学成像系统，稀疏孔径成像系统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整个大口径要小得多，因此稀疏孔径不仅能克服由于光学系统口径太大所带来的一系列困难，而且能获得和大孔径光学系统相当的空间分辨率。比如天文爱好者使用的民用天文望远镜，市面上的天文望远镜一般以200mm口径为界，口径大于200mm的天文望远镜的价格是口径小于200mm的天文望远镜的百倍。采用稀疏孔径代替全口径，从而以十几倍甚至几倍的成本实现百倍的经济效益，充分表明稀疏孔径的研究意义重大。稀疏孔径成像系统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)，主反射镜由各个小的子镜组合构成。在稀疏孔径的具体结构选择方面，Golay3稀疏孔径由于其结构简单因而使用最为广泛。通常稀疏孔径望远镜的主反射镜为球面形，即主反射镜的圆锥系数为0，这样各个子镜和主反射镜的曲率半径相同，这样易于子镜的批量生产，同时也使得各个子镜的测试和装调更加方便。但是球面的面形也会给整个系统带来比较严重的球差，因此次反射镜必须通过增加它的形变才能抵消主反射镜引入的球差，与此同时，整个系统还受制于轴外像差如慧差、像散，这些轴外像差严重限制了整个系统的视场。文献“光学非球面的设计、加工与检验”([M]潘君骅，苏州大学出版，2004)指出即使主次反射镜均采用二次曲面，对于两反式望远镜系统而言，也不能消除全部初级像差，为了提高系统的像质并增大视场，一般采用两种方法。一、采用更为复杂的面形，如Zernike面。二、添加矫正镜。文献“子孔径拼接成像系统结构设计及装调方法的研究”([D]高天元，2009，博士毕业论文)公开了一种稀疏孔径光学成像系统实物装置，该稀疏孔径光学成像系统的主反射镜为球面反射镜，次反射镜为扁椭球反射镜，加入四块矫正镜后，视场角仅为±0.063°。文献“Golay3望远镜系统的设计”([J]光学精密工程，2011,19(12):2877-2883)公开了一种Golay3稀疏孔径望远镜的设计方法，该方法从近轴光学和三级像差理论出发设计了一套全孔径两反式的望远镜，然后直接利用Golay3稀疏孔径替代主反射镜，其中子镜参数的选择并未考虑实际CCD的像元尺寸和探测能力；另外该稀疏孔径望远镜的视场角较小，加入球面校正镜后视场为±0.15°，填充因子最大为22.2％。文献“三子镜稀疏孔径两反望远系统的研究”([D]胡孟孟，2015，硕士毕业论文)也公开了一种Golay3稀疏孔径望远镜的设计，该望远镜的主次反射镜面形均为双曲面，加入球面校正镜后视场为±0.5°，但该望远镜并未考虑次反射镜对主反射镜的遮拦，并且引入透镜矫正镜却没有考虑色差，两块校正镜采用的都是非常规玻璃，价格昂贵。
技术实现思路
为解决现有技术中的同轴稀疏孔径光学系统的视场角小、填充因子小的问题，提出一种折反式Golay3稀疏孔径光学系统。该折反式Golay3稀疏孔径光学系统，工作波段为可见光，光学系统包括面形为双曲面的主反射镜、面形为双曲面的次反射镜、矫正透镜组；遥远处的近似平行光线依次经过主反射镜，次反射镜，矫正透镜组，聚焦于像平面；所述的面形为双曲面的主反射镜由Golay3阵列组成、次反射镜口径小于子镜口径，所述的矫正透镜组沿着光轴正方向依次包括正、负、正的第一弯月透镜、第二弯月透镜、第三弯月透镜。优选的：主反射镜采用填充因子为40.4％的Golay3阵列结构。由于填充因子增大，调制传递函数(MTF)在很大的空间频率范围内数值很大(MTF在奈奎斯特频率(50lp/mm)处在0.4以上)，相比于小填充因子，可以实现在更高的空间频率范围内直接成像。优选的：折反式Golay3稀疏孔径光学系统的长度和主反射镜的口径相当。整个光学系统结构紧凑，体积小。如果应用于天基系统，可以降低运输成本。优选的：该光学系统的全视场角为1°×1°，F数为5，入瞳直径为300mm，适用波段为可见光(F，d，C)。视场角相比于现有的同轴稀疏孔径光学系统，有了明显提高，可以看到更广的空间范围。F数相比于现有的同轴稀疏孔径光学系统，有了明显减低，可以对暗弱物体成像。优选的：该光学系统的次反射镜口径小于子镜口径。稀疏孔径的目的就是为了采用小的子镜代替大的主镜，从而减低成本。如果次反射镜的口径大，就不能有效减低系统的制造成本。优选的：矫正透镜组为采用H-ZK11玻璃(成都光明)的正负正结构，三个透镜均为弯月透镜。玻璃H-ZK11为成都光明公司的推荐牌号：综合性能优，长年有在库的牌号，相对成本为1，矫正透镜组的价格低廉。采用与三片式摄影镜头类似的正负正结构，有利于增大系统的视场。有益效果本专利技术具有大视场、大相对孔径、大填充因子的特点，适用于在可见光范围内对遥远的暗弱物体成像。并且整个系统结构紧凑，系统总长仅为308mm。采用同种材料的矫正透镜组结构，有效平衡了整个系统的像差，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专利技术做进一步说明。图1为本专利技术折反式Golay3稀疏孔径光学系统结构示意图；图2为本专利技术折反式Golay3稀疏孔径光学系统的主反射镜结构图；图3为本专利技术折反式Golay3稀疏孔径光学系统的矫正透镜组结构示意图；图4为本专利技术折反式Golay3稀疏孔径光学系统的场曲、畸变示意图；图5为本专利技术折反式Golay3稀疏孔径光学系统的调制传递函数图。附图标记1-主反射镜，2-次反射镜，3-矫正透镜组，4-像平面，5-第一弯月透镜，6-第二弯月透镜，7-第三弯月透镜。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、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专利技术作进一步详细说明。一种折反式Golay3稀疏孔径光学成像系统，如图1所示，工作波段为可见光，光学系统包括面形为双曲面的主反射镜1、面形为双曲面的次反射镜2、矫正透镜组3；光线依次经过主反射镜，次反射镜，矫正透镜组，聚焦于像平面4；所述的面形为双曲面的主反射镜由Golay3阵列组成、次反射镜口径小于子镜口径，系统长度和口径相当；所述的矫正透镜组沿着光轴正方向依次包括正、负、正的第一弯月透镜5、第二弯月透镜6、第三弯月透镜7。一种折反式Golay3稀疏孔径光学成像系统，该光学系统由主反射镜、次反射镜、矫正透镜镜组组成。主反射镜为凹的双曲面，次反射镜为凸的双曲面，矫正透镜组为采用H-ZK11玻璃(成都光明)的正负正结构，三个透镜均为弯月透镜。由于每一个子镜的面形均无非旋转对称性，该光学系统属于自由曲面光学系统的范畴。光线首先入射至采用Golay3稀疏孔径阵列的主反射镜，主反射镜将光线反射至次反射镜，次反射镜将光线反射依次通过三个矫正透镜，并最终汇聚于像面。该光学系统的全视场角为1°×1°，F数为5，入瞳直径为300mm，适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种折反式Golay3稀疏孔径光学系统；工作波段为可见光，其特征在于：包括面形为双曲面的主反射镜、面形为双曲面的次反射镜、矫正透镜组；光线依次经过主反射镜，次反射镜，矫正透镜组，聚焦于像平面；所述的面形为双曲面的主反射镜由Golay3阵列组成、次反射镜口径小于子镜口径；所述的矫正透镜组沿着光轴正方向依次包括正、负、正的第一弯月透镜、第二弯月透镜、第三弯月透镜。/n

【技术特征摘要】
1.一种折反式Golay3稀疏孔径光学系统；工作波段为可见光，其特征在于：包括面形为双曲面的主反射镜、面形为双曲面的次反射镜、矫正透镜组；光线依次经过主反射镜，次反射镜，矫正透镜组，聚焦于像平面；所述的面形为双曲面的主反射镜由Golay3阵列组成、次反射镜口径小于子镜口径；所述的矫正透镜组沿着光轴正方向依次包括正、负、正的第一弯月透镜、第二弯月透镜、第三弯月透镜。


2.根据权利要求1所述的折反式Golay3稀疏孔径光学系统，其特征在于：光学系统的全视场角为1°×1°。


3.根据权利要求1所述的折反式Golay3稀疏孔径光学系统，其特征在于：光学系统的F数为5。


4.根据权利要求1所述的折反式Golay3稀疏孔径光学系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈斌，吴泉英，范君柳，
申请(专利权)人：苏州大学，苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32