【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学遥感，尤其涉及光学遥感技术中的一种自由曲面成像光学系统，特别是涉及一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统。
技术介绍
1、分辨率是影响卫星遥感数据商业价值的重要因素。目前，商业卫星光学遥感已全面进入“亚米级”时代。高分辨率图像在许多应用场合能够替代机载遥感图像，具有极大的经济效益。但是在探测器像元尺寸大小一定时，想要实现更高的分辨率就意味着需要更长的焦距。反射式系统凭借其无色差、长焦距以及成像谱段大等优势在空间遥感相机有着广泛的应用。
2、对传统的离轴反射式光学系统而言，随着焦距和视场的增加，包络尺寸会急剧变大，对高分辨相机的紧凑化设计带来了挑战，并且像差校正困难，且畸变也会很难控制，极大影响图像质量，限制其在空间遥感相机当中的应用。
3、王蕴琦等人于2016年在《红外与激光工程》中发表了《基于传递矩阵的宽视场离轴三反光学系统设计》，该文章设计了一个具有17°×2°宽矩形视场的离轴三反系统，但未使用自由曲面，系统尺寸相对较大。
4、公开号为cn114035309a的中国专利公布了一种基于自由曲面的宽视场长波段离轴三反光学系统，属于离轴反射式光学系统，其主镜使用了自由曲面面型，次镜和三镜使用偶次非球面，但是焦距仅为500mm，成像分辨率不高，并且该系统使用一片自由曲面，横向尺寸接近一个焦距长度，系统较长，不利于空间遥感相机的紧凑化设计。
5、公开号为cn113031238a的中国专利公布了一种多镜一体的大视场长焦距离轴四反光学系统，虽然其装调难度较低，但是横向尺寸接近一
6、公开号为cn102087407a的中国专利公布了一种超大视场偏轴全反射式光学系统，该系统的光焦度为负-正-负-正的分配方案，这种反摄远结构虽然能够实现超大视场，但是会导致系统较长，不利于高分辨相机的紧凑化小型化设计。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中离轴反射式光学系统存在的不能兼具长焦距和宽视场，且系统尺寸和畸变较大、分辨率低的问题，本专利技术提供一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，该系统适用于焦距3m左右的光学系统，相比较传统的二次成像的离轴反射式系统，本专利技术的光学系统拥有更大的视场，全视场甚至可以达到5°以上，同时由于本专利技术光学系统的后截距更长，成像畸变也极小，因此适合于多光谱探测器的自由曲面全反射式光学系统，同时拥有更小的包络尺寸，系统体积满足v≤0.017f3。
2、本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
3、一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，包括从物方到像方依次设置的第一反射镜、孔径光阑、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜以及探测器，且所述第一反射镜与所述孔径光阑的位置重合，各个反射镜的中心在同一个平面上且任意两个反射镜的中心不共线；
4、所述第一反射镜是正光焦度的自由曲面反射镜，所述第二反射镜是负光焦度的矩形非球面反射镜，所述第三反射镜是负光焦度的矩形自由曲面反射镜，所述第四反射镜是正光焦度的矩形非球面反射镜，所述第五反射镜是正光焦度的矩形自由曲面反射镜，所述第六反射镜是矩形平面反射镜，并且所述第一反射镜、所述第三反射镜和所述第五反射镜为zernike式自由曲面，所述第二反射镜和所述第四反射镜为偶次非球面。
5、与现有技术相比，本专利技术的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，通过采用离轴五反的形式，在实现高分辨率的同时，结构紧凑，相比传统的二次成像的离轴反射式系统，能够实现更大的视场角，并且具备实出瞳，消杂光能力更强，而且本专利技术的光学系统的成像畸变极小，通过第六反射镜折叠光路使得结构更加紧凑。本专利技术的光学系统使用的自由曲面相比于传统的球面以及非球面提供了更多的自由度，有助于平衡各种轴外像差，最终实现了高分辨、宽视场、低畸变以及紧凑型等优异性能。
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1.一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，包括从物方到像方依次设置的第一反射镜、孔径光阑、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜以及探测器，且所述第一反射镜与所述孔径光阑的位置重合，各个反射镜的中心在同一个平面上且任意两个反射镜的中心不共线；
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜的中心距离、所述第二反射镜和所述第三反射镜的中心距离、所述第三反射镜和所述第四反射镜的中心距离、所述第四反射镜和所述第五反射镜的中心距离、所述第五反射镜和所述第六反射镜的中心距离、所述第六反射镜和所述探测器的中心距离的比例为1：0.22：0.19：0.87：0.89：1.26。
3.根据权利要求1或2所述的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，所述第一反射镜、所述第三反射镜和所述第五反射镜的面型表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，Zernike多项式的项数N为19。
5.根据权利要求1或2所述的一种紧凑型长
6.根据权利要求1或2所述的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，所述探测器为多光谱列阵探测元件。
7.根据权利要求1或2所述的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述第五反射镜和所述第六反射镜的材质为碳化硅。
8.根据权利要求1或2所述的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述第五反射镜和所述第六反射镜的材质为微晶材料。
9.根据权利要求1或2所述的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，将所述第二反射镜和所述第四反射镜的面型更换为Zernike式自由曲面。
10.根据权利要求1或2所述的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，光学系统的全视场角大于等于5°。
...【技术特征摘要】
1.一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，包括从物方到像方依次设置的第一反射镜、孔径光阑、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜以及探测器，且所述第一反射镜与所述孔径光阑的位置重合，各个反射镜的中心在同一个平面上且任意两个反射镜的中心不共线；
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜的中心距离、所述第二反射镜和所述第三反射镜的中心距离、所述第三反射镜和所述第四反射镜的中心距离、所述第四反射镜和所述第五反射镜的中心距离、所述第五反射镜和所述第六反射镜的中心距离、所述第六反射镜和所述探测器的中心距离的比例为1：0.22：0.19：0.87：0.89：1.26。
3.根据权利要求1或2所述的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，所述第一反射镜、所述第三反射镜和所述第五反射镜的面型表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种紧凑型长焦距离轴反射式光学系统，其特征在于，zernike多项式的项数n为19。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟兴，李艳杰，李宇，
申请(专利权)人：长光卫星技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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