[发明专利]一种全反射光学系统

说明书

技术领域

本发明是一种全反射的成像光学系统。具体地说，是一种共光轴、线视场、 像方远心、偏视场使用的全反射光学系统。

背景技术

相对于折射光学系统，全反射光学系统在长焦距、大口径和宽波段光学系 统中有着无可替代的优势。一般来说，在口径大于300mm的光学系统中，由于 材料以及光学系统体积和重量的限制，单纯的折射系统就已经不适用了。这些 限制对于反射系统来说，则完全不存在。在长焦系统中，可以通过反射镜来回 折转光路，从而大大缩小系统体积；在反射系统中，光线并不穿过整个光学元 件，而只是在光学元件的一侧反射，可以在保证面型稳定的前提下，挖空背面 来减重。这些特征决定了反射系统特别适合于航天遥感应用。目前在轨的高分 辨率对地观测卫星，如Sopt V、Ikonos、Quickbird和Worldwile-I等，其光 学系统均为全反射光学系统。宽谱段特性是全反射系统的另一个突出的优点。 一般反射面镀的金属反射膜从紫外一直到远红外都有比较高的反射率，而且没 有色差，非常适合宽谱段应用的光学系统。

在全反射系统中，由于光线来回反射，导致镜片之间的相互遮拦是很大的 问题。由于镜片之间互相的遮拦，使得全反射系统中镜片数量相对于折射系统 要少得多。镜片数量少，使得校正光学系统像差的变量也就少，所以一般反射 系统中镜片面型都使用二次曲面或高次非球面以增加变量个数，从而校正更多 的像差，提高成像系统性能。

球面、二次曲面和高次非球面可用以下公式描述：

z=ch21+1-(1+k)c2h2+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16+Hh18+Jh20]]>

这里z为曲面相对于顶点的矢高；

c为曲面顶点处曲率；

k为二次曲面系数；

k＝0时，为球面；

-1＜k＜0时，为长轴和光轴重合的椭球面；

k＝-1时，为抛物面；

同时，k＝-e²，e为二次曲面离心率；

当k＞0时，曲面由椭圆短轴和光轴重合，绕光轴生成的曲面，此时， k＝e²/(1-e²)，e为椭圆的离心率。

A，B，C，D，E，F，G，H，J分别为4阶，6阶，8阶，10阶，12阶， 14阶，16阶，18阶，20阶非球面系数，当以上非球面系数全为零时，曲面 为完全的二次曲面。

h＝x²+y²；

习惯上，我们将二次曲面和高次非球面统称为非球面。