[发明专利]一种基于自由曲面的宽视场长波段离轴三反光学系统

说明书

一种基于自由曲面的宽视场长波段离轴三反光学系统，属于光学遥感技术领域。该基于自由曲面的宽视场长波段离轴三反光学系统，包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和探测器；入射光线依次经过第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜反射，最终成像在探测器上；第一反射镜采用XY多项式面型，第二反射镜采用偶次非球面，第三反射镜采用偶次非球面。系统无中心遮拦，无色差，工作波段长，可搭载TDI‑CCD，用于推扫/多通道式空间相机等空间对地的目标探测或信息获取设备，实现大视场低畸变的成像效果，更好地实现系统的像差的矫正和平衡。

技术领域

本发明涉及光学遥感技术领域，具体涉及一种基于自由曲面的宽视场长波段离轴三反光学系统。

背景技术

离轴三反光学器件具有无色散、无色差、热性能好、工作光谱范围宽等特点，可以广泛应用于光学遥感领域。由同轴反射光学系统改进而来的离轴反射光学系统由于拥有更宽的视场(FOV)、更好的光斑图，能量更加集中等优点而越来越受到关注。近几十年来，离轴反射光学系统已大量应用于民用与军用。

传统采用简单面型离轴三反射光学系统中，由于面型与位置参数较少，整个光学系统很难兼顾视场与成像质量。目前较为常见的离轴反射系统多为采用传统简单面型的非致冷型系统，无法同时满足轻小型、长波段、大视场的要求。

公开号为CN212341587U的中国专利，公开了一种应用自由曲面的离轴三反光学系统，设计了一个波段在3-5μm，视场大小为3.662°×2.931°的光学系统，虽然面型应用了自由曲面，但系统视场较小，结构存在偏心和倾斜，工程可实现性差。

公开号为CN109917535A的中国专利，公开了一种制冷型紧凑无遮拦自由曲面光学系统，主镜和三镜均使用了自由面面Zernike面型，实现了100％冷光阑效率。但是最终像差较大，成像效果不好。

Meng Qingyu等人于2016年在Applied Optics(应用光学)中提出Off-axisthree-mirror freeform telescope with a large linear field of view based on anintegration mirror(基于集成镜的大视场离轴三镜自由曲面望远镜)，设计了大视场离轴三镜自由曲面望远镜，采用了二十七阶的XY多项式自由曲面。成像效果理想，但是制造难度大，且相对孔径较小。

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，该系统焦距1440mm，F数4.8，但未使用自由曲面，相对口径小，系统尺寸相对较大。

发明内容

针对空间遥感相机成像系统视场角小，相对孔径小和畸变严重等问题，本发明提出一种基于自由曲面的宽视场长波段离轴三反光学系统，该基于自由曲面的宽视场长波段离轴三反光学系统是一种主镜(第一反射镜)应用XY多项式面型校正离轴像差的大视场宽波段的离轴三反光学系统，该系统无中心遮拦，无色差，工作波段长，可搭载TDI-CCD，用于推扫/多通道式空间相机等空间对地的目标探测或信息获取设备，实现大视场低畸变的成像效果，更好地实现系统的像差的矫正和平衡。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的一种基于自由曲面的宽视场长波段离轴三反光学系统，包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和探测器；入射光线依次经过第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜反射，最终成像在探测器上；

其中，第一反射镜采用XY多项式面型，第二反射镜采用偶次非球面，第三反射镜采用偶次非球面。

所述的第二反射镜还作为孔径光阑。