长焦距大口径大f数望远成像系统的制作方法

长焦距大口径大f数望远成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于光学领域，设及一种成像系统，尤其设及一种长焦距大口径大F 数望远成像系统。
【背景技术】
[0002] 用于天文观测的地基大型望远镜及用于对地观测的空间相机等多采用长焦距、大 口径作为远距离实现高分辨率成像的基本要求，而空间分辨率的提升则是研究人员不懈追 求的目标。
[0003] 为了提升系统的空间分辨率，有两种方式可供选择；其一是在增加系统焦距的同 时保持相对孔径不变，其二是增加系统的F数。对于前者而言，当系统焦距增加时，保持相 对孔径不变必然引起口径的增加，该将直接导致研制难度和成本的提升W及风险的增加； 对于后者而言，F数的增加有两种实现途径；其一是单纯增大焦距而保持口径不变，其二是 同时增大焦距（增大得多）和口径（增加的少）。无论是哪种途径，F数的增加允许W适中 的口径实现较高的分辨率，在利于轻小型化的同时，也能够在一定程度上缓解欠采样所带 来的频谱混叠，所W受到了广泛的关注。表1给出了国内外典型望远成像系统的F数。可 W看到，按照国际上主流的A F/p>1的设计理念，在系统中屯、波长587. 5皿W及主流探测 器像元大小8um~13um的条件下，F数大于13. 61的系统通常符合大F数系统的定义。
[0004] 然而，F数的增加会带来一个难W回避的问题，即系统调制传递函数 MTF(Mo化lationTransfer化nction)中低频处幅值的显著降低，而MTF幅值的降低则会 引起图像对比度的下降，从而劣化图像品质，不利于目标识别和判读。针对大F数系统MTF 幅值降低引起图像品质退化的问题，国外提出了MTFC(MTFCompensation)技术。MTFC是一 种W实测MTF为基础的通过补偿MTF的降低W提升图像品质的技术，本质上属于图像复原 领域，而且具体来说，应该属于非盲卷积复原，因为用于复原滤波的卷积核通常是通过实测 获得的。目前，国外许多空间分辨率ImW下的空间相机都对回传图像使用了MTFC技术，如 IK0N0S-3,OrbitView-3,Geoeye-1W及Pleiades等。该就为大F数系统图像品质提升提 供了手段。
[0005] 表1国外典型望远镜成像系统的F数及像元大小指标
[0006]
【主权项】
1. 一种长焦距大口径大F数望远成像系统，其特征在于：所述长焦距大口径大F数望 远成像系统包括主反射镜、次反射镜、用于编码的相位掩膜板、校正透镜组A、校正透镜组 B、面阵CMOS图像传感器以及解码处理单元；所述次反射镜设置在经主反射镜反射后所形 成的反射光所在光路上；所述次反射镜、相位掩膜板、校正透镜组A、校正透镜组B以及面 阵CMOS图像传感器依次设置在同一光路上；所述解码处理单元与面阵CMOS图像传感器相 连； 所述相位掩膜板的2D相位掩膜函数形式为： ，1 -> \ 其中：
α和β用于表征相位掩膜函数的相位调制强度，α约等于0.0012mm，β约等于 0. 00024mm ； X和y分别代表归一化的孔径坐标，取值范围均为[-43. 9706,43. 9706]mm。
2. 根据权利要求1所述的长焦距大口径大F数望远成像系统，其特征在于：所述长焦 距大口径大F数望远成像系统的焦距是12m，通光孔径是700mm，F数是17. 1，遮拦比约为 4. 8,工作波段是450nm~950nm。
3. 根据权利要求2所述的长焦距大口径大F数望远成像系统，其特征在于：所述主反 射镜的表面为二次曲面，曲率半径为-2400mm，二次曲面系数为-1. 1097 ;所述主反射镜表 面的X方向有效半孔径以及Y方向有效半孔径均为404. 5_ ;所述主反射镜与次反射镜之 间的间隔为-946. 98mm; 所述次反射镜的表面为二次曲面，曲率半径为-618mm，二次曲面系数为-3. 0968 ;所述 次反射镜表面的X方向有效半孔径以及Y方向有效半孔径均为84. 1723mm ;所述次反射镜 与相位掩膜板的前表面之间的间隔为567. 4062mm ; 所述相位掩膜板前表面的X方向通光孔径以及Y方向通光孔径均为43. 9706mm ;所述 相位掩膜板后表面的X方向通光半孔径及Y方向通光半孔径均为43. 4890mm ;所述相位掩 膜板前表面与后表面之间的距离为16mm ; 所述校正透镜组A包括一块平板玻璃Al和一块透镜A2 ;所述相位掩膜板、平板玻璃 Al以及透镜A2依次设置在同一光路上；所述平板玻璃Al前表面的X方向通光半孔径以及 Y方向通光半孔径均为29. 9922mm ;所述平板玻璃Al后表面的X方向通光半孔径以及Y方 向通光半孔径均为29. 5908mm ;所述相位掩膜板后表面与平板玻璃Al前表面之间的间隔 为369. 5738mm ;所述平板玻璃Al前表面与后表面之间的距离为16mm ;所述透镜A2的前表 面的曲率半径为593_，所述透镜A2前表面X方向通光半孔径以及Y方向通光半孔径均为 29. 3415mm ;所述透镜A2后表面的曲率半径为1270. 6mm，所述透镜A2后表面X方向通光半 孔径以及Y方向通光半孔径均为28. 8116mm ;所述平板玻璃Al后表面与透镜A2前表面之 间的距离间隔为6. Imm ;所述透镜A2前表面与后表面之间的距离为13mm ; 所述校正透镜组B包括透镜BI以及透镜B2;所述校正透镜组A、透镜BI以及透镜 B2依次设置在同一光路上；所述透镜Bl的前表面曲率半径为-70mm，所述透镜Bl的前表 面X方向通光半孔径以及Y方向通光半孔径均为21. 6892mm ;所述透镜Bl的后表面曲率 半径为-402. 8mm，所述透镜Bl的后表面X方向通光半孔径以及Y方向通光半孔径均为 23. 3585mm ;所述校正透镜组A中的透镜A2的后表面与透镜Bl的前表面之间的距离间隔 为130mm ;所述透镜Bl的前表面与后表面之间的间隔为13. 08mm ;所述透镜B2的前表面曲 率半径为-131. 34_，所述透镜B2的前表面X方向通光半孔径以及Y方向通光半孔径均为 23. 9515mm ;所述透镜B2的后表面曲率半径为-72. 62mm，所述透镜B2的后表面X方向通光 半孔径以及Y方向通光半孔径均为26. 0688mm ;所述透镜Bl的后表面与透镜B2的前表面 之间的距离间隔为5. 74mm ;所述透镜B2的前表面与后表面之间的距离间隔为15. 9mm ; 所述透镜B2的后表面与CMOS图像传感器之间的距离间隔为523. 3208mm。
4.根据权利要求3所述的长焦距大口径大F数望远成像系统，其特征在于：所述面阵 CMOS图像传感器的像元大小是8 μ m。
【专利摘要】本实用新型涉及一种长焦距大口径大F数望远成像系统，长焦距大口径大F数望远成像系统包括主反射镜、次反射镜、用于编码的相位掩膜板、校正透镜组A、校正透镜组B、面阵CMOS图像传感器以及解码处理单元；次反射镜设置在经主反射镜反射后所形成的反射光所在光路上；次反射镜、相位掩膜板、校正透镜组A、校正透镜组B以及面阵CMOS图像传感器依次设置在同一光路上；解码处理单元与面阵CMOS图像传感器相连；本实用新型提供了一种长焦距大口径大F数望远成像系统，将波前编码技术引入到长焦距大口径大F数望远镜成像系统的设计当中，利用编码技术人为地产生可控的MTF的降低，从而使后续MTFC技术的效果更加稳定可靠。
【IPC分类】G02B17-08
【公开号】CN204613500
【申请号】CN201520257461
【发明人】赵惠, 邹刚毅, 庞志海, 解晓蓬, 樊学武
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月24日