一种大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机

1.本发明属于航空航天相机领域，具体涉及一种大视场、大相对孔径、高分辨率同轴四反相机。


背景技术：

2.随着航空航天相机对整机重量和成像质量需求的不断提高，航空航天相机的光学系统向大视场、大相对孔径和高分辨率方向发展。因此，如何实现航空航天相机的大视场、大相对孔径和高分辨率成像，对航空航天相机的研究具有十分重要意义。


技术实现要素：

3.本发明为了实现同轴四反相机具有大视场、大相对孔径和高分辨率的功能，提出了一种大视场、大相对孔径、高分辨率同轴四反相机的光学系统设计方法，解决了传统同轴四反相机中存在的相对孔径小、视场小等问题，具有成像分辨率高、空间频率丰富和结构紧凑等优点。
4.本发明的技术方案如下：一种大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，包括：封窗玻璃、主反射镜、次反射镜、三反射镜、四反射镜、改正镜组、ccd探测器保护玻璃和ccd探测器，其中，所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的主反射镜、次反射镜、三反射镜、四反射镜和改正镜组同轴；无穷远处入射的光线经过封窗玻璃、主反射镜和次反射镜成一次像，再经三反射镜、四反射镜、改正镜组和ccd探测器保护玻璃成像在ccd探测器上。
5.所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的视场为φ4
°
。
6.所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的焦距为480mm。
7.所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的相对孔径为0.25。
8.所述的ccd探测器工作波段为450～750nm，像元大小为2.8μm，像元阵列为8500
×
7750，用于接收同轴四反相机的目标图像。
9.所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的封窗玻璃和改正镜组将整个光学系统密封。
10.所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的封窗玻璃外表面镀三防膜，具有防潮、防霉和防盐雾功能。
11.所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的主反射镜是是二次非球面，在中心开孔，便于后续光线通过，材料为微晶，是整个系统的孔径光阑。
12.所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的次反射镜是二次非球面，材料为微晶。
13.所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的三反射镜是二次非球面，在中心开孔，便于后续光线通过，材料为微晶。
14.所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的四反射镜是六次非球面，位于一次像面处，在中心开孔，便于后续光线通过，材料为微晶。
15.所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的改正镜组包括三片改正镜，改正镜一的两个表面均为球面，材料为nkf9；改正镜二的第一个面为球面，第二个面为八次非球面，材料为nlak12；改正镜三的第一个面为球面，第二个面为八次非球面，材料为nfk5。
16.本发明在成像过程中，无穷远处的入射光线经过封窗玻璃、主反射镜和次反射镜成一次像，再经三反射镜、四反射镜、改正镜组和ccd探测器保护玻璃成像在ccd探测器上。
17.本发明的有益效果：
18.1、通过增加改正镜的方法，实现同轴四反相机的大视场和大相对孔径。
19.2、通过使用小像元的ccd探测器和非球面的方法，实现同轴四反相机的高分辨率和超紧凑设计。
20.3、通过封窗玻璃和改正镜组将整个光学系统密封，在封窗玻璃外表面镀三防膜，实现同轴四反相机具有防潮、防霉和防盐雾功能，提升同轴四反相机的环境适应能力。
附图说明
21.图1为一个实例中大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的结构示意图。
22.图2为一个实例中大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机改正镜组结构示意图。
23.图3为一个实例中大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的mtf。
24.图中：1为封窗玻璃；2为主反射镜；3为次反射镜；4为一次像面；5为三反射镜；6为四反射镜；7为改正镜组；8为ccd探测器保护玻璃；9为ccd探测器；10为改正镜一；11为改正镜二；12为改正镜三。
具体实施方式
25.下面将结合附图及所述实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
26.如图1所示，一种大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，包括：封窗玻璃1、主反射镜2、次反射镜3、三反射镜5、四反射镜6、改正镜组7、ccd探测器保护玻璃8和ccd探测器9。如图2所示，改正镜组7包括改正镜一10、改正镜二11和改正镜三12。
27.本发明在成像过程中，无穷远处入射的光线经过封窗玻璃1透射到主反射镜2上，经过次反射镜3和主反射镜2的中心孔在一次成像面4处成一次像；一次像经四反射镜6的中心孔反射到三反射镜5，再反射到四反射镜6上，最后经过三反射镜5的中心孔、改正镜组7的改正镜一10、改正镜二11、改正镜三12和ccd探测器保护玻璃8成像在ccd探测器9上。封窗玻璃1外表面镀三防膜，具有防潮、防霉和防盐雾功能；主反射镜2是是二次非球面，在中心开孔，便于后续光线通过，材料为微晶，是整个系统的孔径光阑；次反射镜3是二次非球面，材料为微晶；三反射镜5是二次非球面，在中心开孔，便于后续光线通过，材料为微晶；四反射镜6是六次非球面，位于一次像面4处，在中心开孔，便于后续光线通过，材料为微晶；改正镜一10的两个表面均为球面，材料为nkf9；改正镜二11的第一个面为球面，第二个面为八次非球面，材料为nlak12；改正镜三12的第一个面为球面，第二个面为八次非球面，材料为nfk5。
28.如图3所示，一个实例中大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机全视场的mtf≥0.4@180lp/mm，接近衍射极限，表明成像质量较好。
29.本发明的积极效果是：同轴四反相机同时实现大视场、大相对孔径和高分辨率成
像；光学系统结构紧凑，长度为544mm，口径为252mm，整机重量小于40kg，满足航空航天相机小型化的要求；封窗玻璃和改正镜组将整个光学系统密封，保证光学系统在复杂的环境下仍具有较好的成像质量。
30.以上所述的实施例描述较为详细和具体。应当指出，该实施例仅表达了一种实施方式，对于本领域的设计人员来说，还可以做出若干改进和变形，在不脱离本发明构思的前提下都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。


技术特征：
1.一种大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：包括封窗玻璃(1)、主反射镜(2)、次反射镜(3)、三反射镜(5)、四反射镜(6)、改正镜组(7)、ccd探测器保护玻璃(8)和ccd探测器(9)，其中，主反射镜(2)、次反射镜(3)、三反射镜(5)、四反射镜(6)和改正镜组(7)同轴；无穷远处入射的光线经过封窗玻璃(1)、主反射镜(2)和次反射镜(3)成一次像，再经三反射镜(5)、四反射镜(6)、改正镜组(7)和ccd探测器保护玻璃(8)成像在ccd探测器(9)上。2.根据权利要求1所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：光学系统的视场为φ4
°
。3.根据权利要求1所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：光学系统的焦距为480mm。4.根据权利要求1所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：光学系统的相对孔径为0.25。5.根据权利要求1所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：ccd探测器(9)工作波段为450～750nm，像元大小为2.8μm，像元阵列为8500
×
7750。6.根据权利要求1所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：封窗玻璃(1)外表面镀三防膜。7.根据权利要求1所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：封窗玻璃和改正镜组将整个光学系统密封。8.根据权利要求1所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的主反射镜(2)是二次非球面，是整个系统的孔径光阑，材料为微晶，在主镜中心开孔，便于后续光线通过。9.根据权利要求1所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的次反射镜(3)是二次非球面，材料为微晶。10.根据权利要求1所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的三反射镜(5)是二次非球面，材料为微晶，在三反射镜中心开孔，便于后续光线通过。11.根据权利要求1所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的四反射镜(6)是六次非球面，材料为微晶，位于一次像面处，在四反射镜中心开孔，便于后续光线通过。12.根据权利要求1所述的大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，其特征在于：大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机的改正镜组(7)包括三片改正镜；改正镜一(10)的两个表面均为球面，材料为nkf9；改正镜二(11)的第一个面为球面，第二个面为八次非球面，材料为nlak12；改正镜三(12)的第一个面为球面，第二个面为八次非球面，材料为nfk5。

技术总结
本发明公开了一种大视场大相对孔径高分辨率同轴四反相机，属于航空航天相机领域，包括封窗玻璃、主反射镜、次反射镜、三反射镜、四反射镜、改正镜组、CCD探测器保护玻璃和CCD探测器。其中，改正镜组包括三片改正镜。本发明在成像过程中，入射光线经过封窗玻璃、主反射镜和次反射镜成一次像，一次像经四反射镜的中心孔反射到三反射镜，再反射到四反射镜上，最后经过三反射镜的中心孔、改正镜组和CCD探测器保护玻璃成像在CCD探测器上。本发明使用四片反射镜、三片改正镜和小像元的CCD探测器解决了现有同轴四反相机视场小、相对孔径小和分辨率低的问题。率低的问题。率低的问题。


技术研发人员：贾文波 潘年 张止戈 廖劲峰 黄金龙 蒋平 周进
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/9/12