空间折反射式多通道成像光学系统，包括主镜，折反射式次镜，三镜，切换反射镜，分色片，微光通道焦面器件，可见光、近红外通道焦面器件。成像目标的辐射光束经主镜反射后，可见光和近红外通道的光束经过折反射式次镜的前、后表面反射和透射后经三镜反射后到达分色片，而后在可见光通道焦面处成像；近红外通道光束透过分色片，在近红外通道焦面器件处成像。切换反射镜切入光路后，微光通道的光束经主镜反射，又经过折反射式次镜和三镜反射后入射至微光、可见近红外切换反射镜，经其前表面反射到达微光通道焦面器件成像。本发明具有型式简单、结构紧凑、体积小、重量轻、大视场等优点，可实现大范围、白昼与晨昏、高分辨率的动态监视功能。
1.空间折反射式多通道成像光学系统，采用无中间像离轴三反光学系统形式，包括主镜(1)、折反射式次镜(2)、三镜(4)、切换反射镜(5)、可见光通道焦面器件(8)、近红外通道焦面器件(9)，所述空间折反射式多通道成像光学系统包括可见光通道，其特征在于：还包括微光通道焦面器件(6)、分色片(7)；所述空间折反射式多通道成像光学系统还包括近红外通道和微光通道；切换反射镜(5)在微光通道成像时切入光路，在可见及近红外通道成像时切出光路；分色片(7)前表面镀有分色膜；成像目标的辐射光束经主镜(1)反射至折反射式次镜(2)的前表面，可见光通道和近红外通道光束经折反射式次镜(2)的前表面透射，至折反射式次镜(2)的后表面反射后，透过折反射式次镜(2)的前表面至三镜(4)，其中可见光通道的光束经分色片(7)的前表面反射，到达可见光通道焦面器件(8)处成像；近红外通道的光束透过分色片(7)到达近红外通道的焦面器件(9)处成像；晨昏时刻切换反射镜(5)切入光路，微光通道光束经过主镜(1)、折反射式次镜(2)的前表面和三镜(4)反射后，到达切换反射镜(5)前表面，经切换反射镜(5)反射后到达微光通道焦面器件(6)处成像。
2.根据权利要求1所述的空间折反射式多通道成像光学系统，其特征在于：所述的离轴三反光学系统的主镜(1)和三镜(4)面形均为凹非球面反射镜，折反射式次镜(2)的面形为凸球面，切换反射镜(5)和分色片(7)的两面均为平面。
3.根据权利要求1所述的空间折反射式多通道成像光学系统，其特征在于：所述的主镜(1)和三镜(4)材料为碳化硅或熔石英，折反射式次镜(2)、切换反射镜(5)和分色片(7)为无色光学玻璃。
4.根据权利要求1所述的空间折反射式多通道成像光学系统，其特征在于：所述的主镜(1)、三镜(4)的反射面均镀有金属高反射率反射膜，折反射式次镜(2)的前表面镀有高反低透膜，折反射式次镜(2)的后表面镀有金属高反射率反射膜。
5.根据权利要求1所述的空间折反射式多通道成像光学系统，其特征在于：所述的切换反射镜(5)为平板，分色片(7)为楔板，分色片(7)的中心轴与次镜(2)中心轴不重合。
6.根据权利要求1所述的空间折反射式多通道成像光学系统，其特征在于：所述的微光通道谱段范围为0.45μm-1μm；可见光通道谱段范围0.5μm-0.8μm；近红外通道谱段范围为0.8-1μm。
7.根据权利要求1所述的空间折反射式多通道成像光学系统，其特征在于：所述的微光通道的相对孔径大于可见光和近红外通道的相对孔径。
8.根据权利要求1所述的空间折反射式多通道成像光学系统，其特征在于：可见光通道、近红外通道光阑设置在折反射式次镜(2)前表面上，通过控制反射膜口径限制可见光和近红外两个通道的相对孔径；微光通道光阑设置在折反射式次镜(2)前表面上，通过控制前表面膜系口径来限制微光通道的相对孔径。
9.根据权利要求1所述的空间折反射式多通道成像光学系统，其特征在于：所述的微光通道焦面器件(6)为线阵TDICCD器件。
10.根据权利要求1所述的空间折反射式多通道成像光学系统，其特征在于：所述的可见光通道焦面器件(8)为线阵TDICCD器件；所述的近红外通道焦面器件(9)为线阵TDICCD器件。
空间折反射式多通道成像光学系统
技术领域
[0001] 本发明属于空间光学遥感器技术领域，涉及一种空间折反射式多通道成像光学系统。
背景技术
[0002] 随着遥感技术的发展，各类用户对地面景物的全天时监视要求越来越高，不仅需要在白昼光照条件较好的条件下实现高分辨率对地监视，同时也需要在照度条件较差的晨昏时段也能够实现高分辨率监视功能。目前我国大部分卫星所设置的可见光通道只具备白天观测能力，在晨昏和夜间时段无法获取可见光云图。因而迫切需要发展高灵敏度可见光微光成像技术，获取晨昏和夜间低照度下的可见光云图，提高低照度情况下对低云和大雾识别的准确性，全天时地提供军事气象服务。
[0003] 为了能够实现晨昏与白昼的同时成像，可采用多个独立的光学系统，分别对微光及可见光谱段成像。但是采用多台相机实现多时间段信息获取将会使空间相机的体积和重量都很庞大，增加了卫星的发射成本，降低了整星的可靠度。
发明内容
[0004] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种折反射式多通道成像光学系统，解决了微光、可见光和近红外谱段在反射式、大视场、多光谱情况下的一体化设计。
[0005] 本发明的技术方案是：空间折反射式多通道成像光学系统，采用无中间像离轴三反光学系统形式，包括主镜、折反射式次镜、三镜、切换反射镜、微光通道焦面器件、分色片、可见光通道焦面器件、近红外通道焦面器件；空间折反射式多通道成像光学系统包括可见光通道、近红外通道和微光通道，切换反射镜在微光通道成像时切入光路，在可见及近红外通道成像时切出光路；分色片前表面镀有分色膜；成像目标的辐射光束经主镜反射至折反射式次镜的前表面，可见光通道和近红外通道光束经折反射式次镜的前表面透射，至折反射式次镜的后表面反射后，透过折反射式次镜的前表面至三镜，其中可见光通道的光束经分色片的前表面反射，到达可见光通道焦面器件处成像；近红外通道的光束透过分色片到达近红外通道的焦面器件处成像；晨昏时刻切换反射镜切入光路，微光通道光束经过主镜、折反射式次镜的前表面和三镜反射后，到达切换反射镜前表面，经切换反射镜反射后到达微光通道焦面器件处成像。
[0006] 所述的离轴三反光学系统的主镜和三镜面形均为凹非球面反射镜，折反射式次镜的面形为凸球面，切换反射镜和分色片的两面均为平面。
[0007] 所述的主镜和三镜材料为碳化硅或熔石英，折反射式次镜、切换反射镜和分色片为无色光学玻璃。
[0008] 所述的主镜、三镜的反射面均镀有金属高反射率反射膜，折反射式次镜的前表面镀有高反低透膜，折反射式次镜的后表面镀有金属高反射率反射膜。
[0009] 所述的切换反射镜为平板，分色片为楔板，分色片的中心轴与次镜中心轴不重合。
[0010] 所述的微光通道谱段范围为0.45μm-1μm；可见光通道谱段 范围0.5μm-0.8μm；近红外通道谱段范围为0.8-1μm。
[0011] 所述的微光通道的相对孔径大于可见光和近红外通道的相对孔径。
[0012] 可见光通道、近红外通道光阑设置在折反射式次镜前表面上，通过控制反射膜口径限制可见光和近红外两个通道的相对孔径；微光通道光阑设置在折反射式次镜前表面上，通过控制前表面膜系口径来限制微光通道的相对孔径。
[0013] 所述的微光通道焦面器件为线阵TDICCD器件。
[0014] 所述的可见光通道焦面器件为线阵TDICCD器件；所述的近红外通道焦面器件为线阵TDICCD器件。
[0015] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0016] 1）本发明主光学系统由于采用了离轴三反的基本型式，有效的减小了主光学系统光学元件的数量，无色差，无遮拦，可对微光、可见光及近红外谱段均成像良好；可针微光通道进行装调、像质检测，降低了系统装调复杂程度。
[0017] 2）本发明利用折反射式次镜结合切换反射镜和分色片的结构型式，实现微光通道与可见光、近红外通道分时成像，大大简化了光学系统的结构，提高了几何成像质量，像元一致性好；
[0018] 3）可见通道、近红外通道在折反射式次镜后表面设置光阑，折反射式次镜前表面镀有高反低透膜，通过控制后表面反射膜口径来限制可见/近红外两个通道的光束孔径，同时保证微光、可见光和近红外通道的能量需求；微光通道光阑设置在次镜前表面处，使微光通道无透射元件，有效保证了微光通道的像质。
[0019] 4）本发明具有光机结构紧凑、组成简单、在多通道范围内成像质量良好、易于实现等优点，可应用较短线阵探测器阵列来实现较大视场的成像。为机载/星载高分辨率多光谱成像系统提出了一个较好的技术实现途径，特别适用于持续、稳定地获取白昼及晨昏地表信息的高精度探测卫星光学系统。
附图说明
[0020] 图1为本发明光学系统组成结构示意图。
具体实施方式
[0021] 如图1所示，本发明光学系统由离轴三反光学系统主镜1、折反射式次镜2、离轴三反光学系统三镜4、切换反射镜5、微光通道焦面器件6、分色片7、可见光通道焦面器件8、近红外通道焦面器件9组成。切换反射镜5在微光通道成像时切入光路，在可见及近红外通道成像时切出光路，从而实现微光通道与可见光、近红外通道分时成像；分色片7前表面镀分色膜，实现反射可见光谱段、透射近红外谱段。
[0022] 本发明光学系统的包括为三个通道：微光通道谱段范围0.4μm-1μm、可见光通道谱段范围0.5μm-0.8μm、近红外通道谱段范围为0.8μm-1μm。在可见光和近红外通道成像时，视场内的光束进入主光学离轴三反系统，经主镜1反射的光线入射至折反射式次镜2的前表面，经前表面透射至折反射式次镜2的后表面，折反射式次镜2的后表面处镀有反射膜，可见光通道和近红外通道的光束经其反射后透过折反射式次镜2的前表面至离轴三反的三镜4，经其反射后，可见光通道的光束经分色片7的前表面反射，到达可见光通道焦面器件8；近红外通道的光束透过分色片7到达近红外通道焦面器件9，其中可见光通道焦面器件8和近红外通道焦面器件9为线阵TDICCD器件。切换反射镜5切入光路实现微光通道成像，微光通道光束经过主镜1、折反射式次镜2的前表面和离轴三反三镜4反射后，到达切换反射镜5前表面，经5反射至微光通道焦面器件6，微光通道焦面器件6为线阵TDICCD器件。
[0023] 本发明光学系统三个光路通道的焦距一致，均为500mm。基于相机系统能量和信噪比的要求，微光通道相对孔径选取为3，考虑可见近红外通道探测器件能量饱和度的要求，可见/近红外通道相对孔径选为4，三个通道视场大小均为5°。光学系统设计选用Y方向偏场使用5°。
[0024] 可见光和近红外两个通道将光阑放置在折反射式次镜2的后表面上，微光通道将光阑放置在折反射式次镜2的前表面上，折反射式次镜2的前表面镀有高反低透膜，对微光通道0.45μm-1μm谱段反射率达到85％、对可见/近红外通道0.5μm-0.8μm和0.8μm-1μm谱段透过率15％，通过控制折反射式次镜前后表面口径来控制各通道的光束口径。
[0025] 离轴三反系统物理同轴，以折反射式次镜2的中心为中心轴，各反射镜均使用局部口径，主光学离轴三反光学系统的中心视场主光线与像面法线的夹角为零。主镜1和三镜4均采用凹反射镜，离轴三反系统折反射式次镜2的前表面和后表面均为凸球面，曲率半径不一致，以增加不同通道的优化设计自由度，满足不同通道的像质要求。主镜1和三镜4为非球面镜。主镜1为四次椭球面，折反射式次镜2为球面或非球面，三镜4为二次扁球面。主镜1和三镜4的反射面均镀有铝或银材料的反射膜，主镜1和三镜4采用的材料为金属铍，或微晶，或碳化硅，或融石英；折反射式次镜2后表面镀铝或银材料的金属高反射率反射膜，折反射式次镜2的材料采用无色光学玻璃。
[0026] 切换反射镜5为平板，切换反射镜5光线入射面倾斜角为沿光轴逆时针旋转25°；分色片7为楔板，整个分色片倾斜放置，分色片7光线入射面倾斜角为沿光轴逆时针旋转
45°，第二表面倾斜角为沿光轴逆时针旋转45.2°，即分色片前后表面夹角0.2°。
[0027] 切换反射镜5采用的材料为金属铍，或微晶，或碳化硅，或融石英；分色片7采用NBK7材料，两表面均为平面。
[0028] 分色片7的中心轴与折反射式次镜2中心轴在垂轴方向的偏移距离为110mm。
[0029] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
