[实用新型]高分辨率相机自适应光学系统

说明书

技术领域

本实用新型属于空间光学遥感器技术领域，涉及一种适用于可见光近红外谱段高分辨率CCD相机+自适应波前探测功能一体化相机光学成像系统的实现方法。

背景技术

大口径长焦距空间相机容易受到温度环境、力学环境、平台扰动等因素的影响，导致光学元件的位置误差与面形误差，进而影响光学系统成像质量。一般来说，空间相机的口径越大，越容易受到上述因素的影响。当采用精密热控和重力卸载等传统被动的方法无法保证大口径光学系统的成像质量时，就需要采用在轨像差主动校正技术来提高实际成像质量。

在轨像差主动校正技术，主要包括在轨波前探测、在轨控制运算和在轨波前校正。其中，在轨控制运算和在轨波前校正同传统的地面像差校正系统非常相似，可以在地面进行相关试验验证。由于在轨波前探测的探测信标是地物扩展目标，并且相机采用快速推扫成像模式，因此在轨波前探测与传统的波前探测模式具有较大不同，是在轨像差主动校正技术中最关键的环节，有必要进行在轨验证。

随着空间光学遥感器侦察与监视应用的广度和深度的增加，国内对高分辨率卫星的需求也在逐步提高，同时对光学遥感器提出了越来越高的分辨率要求。对高分辨率光学遥感图像的辐射质量和几何质量也提出更高的要求。同时随着应用需求的不断发展还要求相机具有较高的平台适应性，需要相机在主光学系统中自适应波前探测技术，从而有效提高图像质量。

从上个世纪60年代开始，世界各国相机开展了波前探测的研究，但到目前为止，在轨应用还鲜有报道。美国最早将波前探测仪器应用于检测激光。2009年我国的中科院光电技术研究所成功研制了37单元太阳自适应光学系统，2011年将其成功应用于1m太阳望远镜，使太阳对比度显著增高。

应用自适应波前探测的高分辨率成像CCD相机系统目前主要采用分离的结构形式，即单台的高分辨率成像相机和波前探测仪。其突出缺点是体积重量大、不利于整星资源的优化。目前在轨运行的具有波前探测功能的高分辨率相机还鲜有报道。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于可见光近红外谱段高分辨率CCD相机+自适应波前探测功能一体化相机的成像光学系统。

本实用新型的技术方案是：高分辨率相机自适应光学系统，包括：共用主镜、共用次镜、折转反射镜、三镜、变形镜、可见光高分辨率成像支路焦面接收器件、自适应波前探测支路焦面接收器件；

共用主镜和共用次镜同轴，并且共用主镜和共用次镜的光轴作为光学系统的主光轴；共用主镜上设有通光孔，可见光高分辨率成像支路与自适应波前探测支路不共视场，可见光高分辨率成像支路利用靠近轴上的轴外视场，自适应波前探测支路利用轴外视场；来自可见光高分辨率成像支路和自适应波前探测支路的光束经过共用主镜、共用次镜反射之后，透过共用主镜通光孔到达折转反射镜，经其折转后到达三镜，再经三镜折转后分别到达可见光高分辨率成像支路焦面接收器件以及自适应波前探测支路焦面接收器件上成像；

折转反射镜和变形镜的法线均位于光学系统子午面内，且折转反射镜的法线方向与主光轴夹角为沿光轴顺时针旋转20°，变形镜的法线方向与主光轴夹角为沿光轴顺时针旋转60°；可见光高分辨率成像支路焦面接收器件和自适应波前探测支路焦面接收器件集成在一个结构部件上。

所述的共用主镜、共用次镜、折转反射镜、变形镜、三镜的材料均为碳化硅或微晶玻璃或熔石英，上述镜子的反射面上均镀有金属高反射率反射膜。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1)本实用新型由于采用了共光路全反射结构形式，将高分辨率成像与高精度波前探测实现一体化设计，两种探测器件集成在一个焦面结构中，两个支路焦距完全一致，波前像差差值一定，通过高精度在轨波前探测，获得精确的波前相位信息，为在轨波前校正提供信息支持，实现在轨像差主动校正，提高系统的在轨成像质量；该系统结构形式简单，无色差、加工和装调简单，工程化难度低。解决了传统大口径长焦距空间相机在轨稳定性和成像质量较差的问题。

2)本实用新型光学系统通过控制主共用次镜光焦度同时矫正一次像和二次像差，降低加工和装调的难度；

3)本实用新型光学系统的高分辨率成像探测器件与波前探测支路探测器件集成在一个焦面部件上，可针对可见光高分辨率成像支路轴上视场点进行装调、测试；波前探测支路采用的PD探测器使用与成像探测器相同的TDICCD，电路输出一致，大大简化了系统工程化难度。