[发明专利]一种基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统

说明书

本发明公开了一种基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统，包括：前组正光焦度反射式光学组和后组负光焦度透射式光学组；其中，所述前组正光焦度光学系统包括凹面主镜反射镜和凸面次镜反射镜；所述后组负光焦度透射式光学组由正透镜组、负透镜组和小光焦度弯月透镜；物体成像光束依次经过凹面主镜反射镜和凸面次镜反射镜反射后入射至透射式系统，依次被正透镜组、负透镜组和小光焦度弯月透镜折射后成像在像面上。本发明实现了航天相机高分辨率，大幅宽范围，较小体积重量的要求。

技术领域

本发明属于光学成像系统技术领域，尤其涉及一种基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统。

背景技术

随着航天空间探测任务的增多，航天相机所观测的要求和体积重量也越来越高，例如卫星成像分辨率较高导致焦距一般大于500mm，幅宽较大相机视场角需要为3°～6°，由于幅宽要求增加，探测器数量也由1片变为多片拼接。同时对相机重量和体积的要求也越来越苛刻。

现有实现方法主要有以下几种：

1)采用无光焦度透镜组的折反射系统，利用距离很近的正负透镜组和像面附件增加负场镜校正轴外像差，正负透镜组放置在系统最前端(次镜前)或次镜后，正负透镜距离较近采用同种材料不产生色差且具有较小光焦度，透镜组光焦度在系统焦距中贡献量很小。使用此方法由于正负透镜组不产生光焦度所以为校正场曲只能依靠焦面前的负场镜，导致视场角不会太大和较短的后截距，在需要观测幅宽和较大后截距进行像面光学拼接的产品中使用受限。

2)离轴三反系统，利用三片离轴反射镜实现线阵大视场，且具有无色差和较大后截距的优点，但是此系统只能实现线阵方向视场较大，另外一个方向视场较小，不适用于面阵凝视或视频成像，且此离轴反射式系统体积相对同轴反射式系统较大重量较重。

3)摄远透射式系统，此系统采用正透镜在前后透镜组在后的摄远结构型式，可以实现较大视场角和比焦距短的系统总长，但由于透射式结构型式的限制，此系统的长度会远大于反射式系统。并且由于透射式系统由于透镜口径的限制也不适宜应用在焦距较长的系统中。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统，实现了航天相机高分辨率，大幅宽范围，较小体积重量的要求。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统，包括：前组正光焦度反射式光学组和后组负光焦度透射式光学组；其中，所述前组正光焦度光学系统包括凹面主镜反射镜和凸面次镜反射镜；所述后组负光焦度透射式光学组由正透镜组、负透镜组和小光焦度弯月透镜；物体成像光束依次经过凹面主镜反射镜和凸面次镜反射镜反射后入射至透射式系统，依次被正透镜组、负透镜组和小光焦度弯月透镜折射后成像在像面上。

上述基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统中，所述基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统的焦距≥240mm，视场≤6°，F数≥4，谱段范围：可见光及红外谱段，系统长度≤1/4焦距。。

上述基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统中，所述前组正光焦度反射式光学组为正光焦度且焦距不大于基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统总焦距的80％。

上述基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统中，所述后组负光焦度透射式光学组的焦距不小于基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统总焦距的20％。

上述基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统中，所述正透镜组和所述负透镜组均由一片或多片不同材料的光学玻璃组成且两透镜组之间有一定间距；其中，正负透镜组通过有一定间距，实现校正轴外像差和后组透镜组自身产生的色差。

上述基于折反式长焦距大视场小体积成像光学系统中，所述正透镜组和所述负透镜组之间的间距公式为：