[发明专利]大口径二元光学薄膜主镜成像系统及其应用

说明书

技术领域

本发明属于遥感光学系统设计与像质分析技术领域，涉及一种大口径二元光学薄膜主镜成像系统及其应用。

背景技术

为了提高遥感卫星的分辨率，国外从20世纪末开始研发新型光学成像技术，包括空间分块可展开反射镜技术、稀疏孔径成像技术和衍射成像技术。

空间分块可展开技术需要主镜轻量化、严格的镜片面形控制、精确的展开机构和波前传感与控制机构，这些技术难题致使该技术的可行性降低。稀疏孔径成像技术由于各子孔径的同相位的要求，子系统的位置精度需控制在光波长的数量级内。另一方面，分块可展开成像系统和稀疏孔径成像系统自身的重量仍然很大，给支撑结构与发射装置提出了苛刻的要求，因此研究进展较慢。衍射成像技术为解决高分辨率成像问题提供了一种新思路，它具有可实现大口径、所用材料面密度极轻、面形控制要求低和生产工艺相对较容易等优点。

传统光学基于光波的折射和反射原理，利用透镜、反射镜和棱镜等元件进行设计和实现各种光学功能。衍射效应总是导致光学系统的分辨率受到限制，除了光波的色散性质可应用于光谱学之外，传统光学总是尽量的避免衍射效应造成的不利影响。二元光学则是完全依赖衍射效应实现的，二元光学是衍射光学的一种实现途径。

因此，大口径二元光学成像系统的设计及其成像性能分析是一项有意义的研究内容。通过合理的设计，可计算出二元光学元件的面形参数，以保证二元光学成像系统的可行性。

发明内容

本发明的目的是提供一种大口径二元光学薄膜主镜成像系统及其应用，通过该成像系统进行光学设计，给出了这种成像系统的调制传递函数(MTF)及二元光学薄膜元件的加工方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种大口径二元光学薄膜主镜成像系统，包括二元光学薄膜主镜、窄带滤光片和像面，光辐射由二元光学薄膜主镜收集并会聚到窄带滤光片表面，窄带滤光片的中心不透光区域遮挡主镜中心空洞部分的直接透射光，透光区域对主镜收集的全部光线进行窄带滤光，滤光后的光线照射到像面上被CCD接收形成电子图像数据。

本发明的光学系统可用作太空望远镜以获得高分辨率的遥感图像。

本发明的光学系统具有如下优点：

(1)二元光学主镜可采用薄膜材料加工，重量非常轻；

(2)二元光学薄膜主镜由多个圆形小口径二元光学薄膜透镜排列成2圈组成，降低了大口径二元光学主镜的加工难度；

(3)二元光学薄膜主镜可以在卫星发射过程中保持折叠状态，发射到轨道后再展开成平面，对运载火箭的口径要求低。

附图说明

图1为大口径二元光学薄膜主镜成像系统的光路图；

图2为10m口径二元光学薄膜透镜表面整体面形示意图；

图3为36个圆形孔径二元光学薄膜透镜表面面形示意图；

图4为10m口径二元光学薄膜透镜的F^#与其表面条纹的最小线宽的关系曲线；

图5为二元光学薄膜透镜表面环带周期数沿径向的分布曲线；

图6为窄带滤光片的结构图；

图7为10m口径二元光学薄膜主镜成像系统的MTF曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1所示，本发明提供的大口径二元光学薄膜主镜成像系统由同光轴设置的二元光学薄膜主镜1、窄带滤光片2和像面3构成，光辐射由二元光学薄膜主镜1收集并会聚到窄带滤光片2表面，窄带滤光片2的中心不透光区域可遮挡主镜中心空洞部分的直接透射光，同时窄带滤光片2的透光区域对主镜收集的全部光线进行窄带滤光，滤光后的光线照射到像面3上被CCD接收形成电子图像数据。

如图1所示，本发明中所述大口径二元光学薄膜主镜成像系统的口径为10m，焦距为130m，全视场为7.2”，工作波段长为600nm，整个成像系统总长为130m。

为了保证二元光学薄膜主镜1的加工可行性，单个二元光学薄膜透镜的口径不能超过1.5m。如图1所示，所述二元光学薄膜主镜1由36个圆形孔径二元光学薄膜透镜排列成2圈组成，内圈二元光学薄膜透镜的口径为1m，外圈二元光学薄膜透镜的口径为1.5m，主镜中间的空隙区域的直径(即内圈二元光学薄膜透镜组的内切圆的直径)为5m，外圈二元光学薄膜透镜组的外切圆直径为10m。