一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统

摘要

本发明属于空间光学技术领域，公开了一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统。本发明为一种基于超大共口径的多波段折反式光学系统，是一种分视场、分光路使用的集反射式、透射式结构为一体的消畸变空间光学系统，可以满足高光谱、高分辨、全天时、多源探测、多源探测、高精度立体测绘等光学遥感航天器的需求，能够解决现有空间光学系统结构单一、不同成像通道对空间光学系统、相对口径等差异化要求、实现成本高、无法进行昼夜观测等问题。

权利要求

1.一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统，其特征在于，整个光学系统为折反式光路结构，以主反射镜作为共口径相机的孔径光阑，锗镜与所述主反射镜同轴设置，且所述锗镜设置在所述主反射镜的反射光路上，所述锗镜上镀有450‑900nm的高反射膜，所述高反射膜的反射率达到98.5％以上，通过所述锗镜实现第一次分光，得到长波红外光路(1)和可见光波段光路；

所述锗镜作为所述长波红外光路(1)中的第一透镜(1‑1)，所述锗镜中镀有所述高反射膜的一面作为所述可见光波段光路中的次反射镜，所述主反射镜和所述次反射镜构成R‑C系统；

所述长波红外光路(1)包括：所述主反射镜和成像镜组，所述成像镜组包括依次排布的所述第一透镜(1‑1)、第二透镜(1‑2)、第三透镜(1‑3)、第四透镜(1‑4)和第五透镜(1‑5)，所述第一透镜(1‑1)和所述第三透镜(1‑3)为弯月透镜，所述第二透镜(1‑2)、所述第四透镜(1‑4)和所述第五透镜(1‑5)为双凸透镜，所述长波红外光路(1)用于实现目标红外成像；

整个光学系统的中间像面后通过分视场的形式进行第二次分光，将所述可见光波段光路分为全色光路一(2)和全色光路二(3)；

其中，所述全色光路一(2)包括：所述主反射镜、所述次反射镜、第一分光镜(2‑1)、全色光路一第三反射镜(2‑2)、全色光路一第四反射镜(2‑3)，所述全色光路一(2)用于实现目标高光谱成像；

所述全色光路二(3)包括：所述主反射镜、所述次反射镜、第二分光镜(3‑1)、全色光路二第三反射镜(3‑2)、全色光路二第四反射镜(3‑3)，所述全色光路二(3)用于实现微光夜视成像。

2.根据权利要求1所述的基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统，其特征在于，所述主反射镜的孔径为0.6m‑2m，所述主反射镜的焦距为0.8m‑3m；所述长波红外光路(1)的相对孔径达到1:1。

3.根据权利要求1所述的基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统，其特征在于，光学系统的总视场经所述锗镜后复制了视场，其中，所述长波红外光路(1)的全视场为面视场，所述全色光路一(2)和所述全色光路二(3)共用一个视场，并通过所述第一分光镜(3‑

1)、所述第二分光镜(3‑2)分割成两个偏轴方视场。

4.根据权利要求1所述的基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1‑1)的材料为GE_LONE，所述第二透镜(1‑2)的材料为AMTIR3，所述第三透镜(1‑3)的材料为AMTIR1，所述第四透镜(1‑4)和所述第五透镜(1‑5)的材料为GE_LONE。

5.根据权利要求1所述的基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统，其特征在于，所述第一分光镜(2‑1)设置在所述次反射镜的反射光路上，所述全色光路一第三反射镜(2‑2)设置在所述第一分光镜(2‑1)的反射光路上，所述全色光路一第四反射镜(2‑3)设置在所述全色光路一第三反射镜(2‑2)的反射光路上；所述第一分光镜(2‑1)与所述次反射镜的光轴呈45°，所述全色光路一第三反射镜(2‑2)的光轴与所述第一分光镜(2‑1)的光轴呈‑45°；所述全色光路一第三反射镜(2‑2)、所述全色光路一第四反射镜(2‑3)为带有高次项的高次非球面镜，实出瞳在所述全色光路一第四反射镜(2‑3)与最终像面之间。

6.根据权利要求1所述的基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统，其特征在于，所述第二分光镜(3‑1)设置在所述次反射镜的反射光路上，所述全色光路二第三反射镜(3‑2)设置在所述第二分光镜(3‑1)的反射光路上，所述全色光路二第四反射镜(3‑3)设置在所述全色光路二第三反射镜(3‑2)的反射光路上；所述第二分光镜(3‑1)与所述次反射镜的光轴呈‑45°，所述全色光路二第三反射镜(3‑2)的光轴与所述第二分光镜(3‑1)的光轴呈‑45°；

所述全色光路二第三反射镜(3‑2)、所述全色光路二第四反射镜(3‑3)为带有高次项的高次非球面镜，实出瞳在所述全色光路二第四反射镜(3‑3)与最终像面之间。

7.根据权利要求1所述的基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统，其特征在于，所述次反射镜和所述全色光路一第三反射镜(2‑2)两者对应的总畸变像差符号与所述全色光路一第四反射镜(2‑3)对应的畸变像差符号相反；

所述次反射镜和所述全色光路二第三反射镜(3‑2)两者对应的总畸变像差符号与所述全色光路二第四反射镜(3‑3)对应的畸变像差符号相反。

说明书

一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统

技术领域

[0001] 本发明属于空间光学技术领域，更具体地，涉及一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统。

背景技术

[0002] 航天遥感器向高空间分辨率、高光谱分辨率、微光夜视、大幅宽等方向发展。高分辨率、大幅宽促使光学相机的设计向更长焦距更大口径发展。

[0003] 伴随着目标与背景日益复杂化，受到光照条件和探测器灵敏度的限制，传统的光学相机在夜间低照度和微光条件下对目标无法进行有效探测。单波段成像系统通常只能获
取单一的信息、抗干扰能力低。传统的星载光学成像系统已经不能满足其多源探测、大型
化、轻量化的需求。

发明内容

[0004] 本发明通过提供一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统，解决现有技术中空间光学成像系统结构单一、不能满足多源探测需求的问题。

[0005] 本发明提供一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统，整个光学系统为折反式光路结构，以主反射镜作为共口径相机的孔径光阑，锗镜与所述主反射镜同轴设置，且
所述锗镜设置在所述主反射镜的反射光路上，所述锗镜上镀有450‑900nm的高反射膜，所述
高反射膜的反射率达到98.5%以上，通过所述锗镜实现第一次分光，得到长波红外光路和可
见光波段光路；

[0006] 所述锗镜作为所述长波红外光路中的第一透镜，所述锗镜中镀有所述高反射膜的一面作为所述可见光波段光路中的次反射镜，所述主反射镜和所述次反射镜构成R‑C系统；

[0007] 所述长波红外光路包括：所述主反射镜和成像镜组，所述成像镜组包括依次排布的所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述长波红外光路用于实现
目标红外成像；

[0008] 整个光学系统的中间像面后通过分视场的形式进行第二次分光，将所述可见光波段光路分为全色光路一和全色光路二；

[0009] 其中，所述全色光路一包括：所述主反射镜、所述次反射镜、第一分光镜、全色光路一第三反射镜、全色光路一第四反射镜，所述全色光路一用于实现目标高光谱成像；

[0010] 所述全色光路二包括：所述主反射镜、所述次反射镜、第二分光镜、全色光路二第三反射镜、全色光路二第四反射镜，所述全色光路二用于实现微光夜视成像。

[0011] 优选的，所述主反射镜的孔径为0.6m‑2m，所述主反射镜的焦距为0.8m‑3m；所述长波红外光路的相对孔径达到1:1。

[0012] 优选的，光学系统的总视场经所述锗镜后复制了视场，其中，所述长波红外光路的全视场为面视场，所述全色光路一和所述全色光路二共用一个视场，并通过所述第一分光
镜、所述第二分光镜分割成两个偏轴方视场。

[0013] 优选的，所述第一透镜和所述第三透镜为弯月透镜，所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为双凸透镜。

[0014] 优选的，所述第一透镜的材料为GE_LONE，所述第二透镜的材料为AMTIR3，所述第三透镜的材料为AMTIR1，所述第四透镜和所述第三透镜的材料为GE_LONE。

[0015] 优选的，所述第一分光镜设置在所述次反射镜的反射光路上，所述全色光路一第三反射镜设置在所述第一分光镜的反射光路上，所述全色光路一第四反射镜设置在所述全
色光路一第三反射镜的反射光路上；所述第一分光镜与所述次反射镜的光轴呈45°，所述全
色光路一第三反射镜的光轴与所述第一分光镜的光轴呈‑45°；所述全色光路一第三反射
镜、所述全色光路一第四反射镜为带有高次项的高次非球面镜，实出瞳在所述全色光路一
第四反射镜与最终像面之间。

[0016] 优选的，所述第二分光镜设置在所述次反射镜的反射光路上，所述全色光路二第三反射镜设置在所述第二分光镜的反射光路上，所述全色光路二第四反射镜设置在所述全
色光路二第三反射镜的反射光路上；所述第二分光镜与所述次反射镜的光轴呈‑45°，所述
全色光路二第三反射镜的光轴与所述第二分光镜的光轴呈‑45°；所述全色光路二第三反射
镜、所述全色光路二第四反射镜为带有高次项的高次非球面镜，实出瞳在所述全色光路二
第四反射镜与最终像面之间。

[0017] 优选的，所述次反射镜和所述全色光路一第三反射镜两者对应的总畸变像差符号与所述全色光路一第四反射镜对应的畸变像差符号相反；

[0018] 所述次反射镜和所述全色光路二第三反射镜两者对应的总畸变像差符号与所述全色光路二第四反射镜对应的畸变像差符号相反。

[0019] 本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

[0020] 在发明中，提供了一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统，利用主反射镜孔径大并且焦距小的特点，由主反射镜会聚后进入长波红外光路，极大的提高了长波红
外光路的相对孔径；锗镜与主反射镜同轴设置，且锗镜设置在主反射镜的反射光路上，锗镜
上镀有450‑900nm的高反射膜，高反射膜的反射率达到98.5%以上，利用锗镜透射长波红外
同时反射可见光的特性，通过锗镜将光路分为可见光波段光路和长波红外光路；一方面将
锗镜作为长波红外光路中的第一透镜，另一方面将锗镜中镀有高反射膜的一面作为可见光
波段光路中的次反射镜，主反射镜和次反射镜构成R‑C系统；长波红外光路用于实现目标红
外成像，最终在第一探测器的像面上成像；整个光学系统的中间像面后通过分视场的形式
进行第二次分光，将可见光波段光路分为全色光路一和全色光路二；全色光路一用于实现
目标高光谱成像，最终在第二探测器的像面上成像；全色光路二用于实现微光夜视成像，最
终在第三探测器的像面上成像。即本发明提出的一种基于超大共口径的多波段折反式光学
系统，是一种分视场、分光路使用的集反射式、透射式结构为一体的消畸变空间光学系统，
可以满足高光谱、高分辨、全天时、多源探测、多源探测、高精度立体测绘等光学遥感航天器
的需求，能够解决现有空间光学系统结构单一、不同成像通道对空间光学系统、相对口径等
差异化要求、实现成本高、无法进行昼夜观测等问题。

附图说明

[0021] 图1为本发明实施例提供的一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统的结构示意图；

[0022] 图2为本发明实施例提供的一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统总视场的分配示意图；

[0023] 图3 为本发明实施例提供的一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统中长波红外光路对应的光学系统结构示意图；

[0024] 图4为本发明中长波红外光路的调制传递函数曲线图；

[0025] 图5 为本发明中长波红外光路的畸变场曲曲线图；其中，图5中的（a）对应长波红外光路的场曲曲线图，图5中的（b）对应长波红外光路的畸变曲线图；

[0026] 图6为本发明实施例提供的一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统中全色光路一、全色光路二对应的光学系统结构示意图；

[0027] 图7为本发明中全色光路一的调制传递函数曲线图；

[0028] 图8为本发明中全色光路一的畸变场曲曲线图；其中，图8中的（a）对应全色光路一的场曲曲线图，图8中的（b）对应全色光路一的畸变曲线图；

[0029] 图9为本发明中全色光路二的调制传递函数曲线图；

[0030] 图10为本发明中全色光路二的畸变场曲曲线图；其中，图10中的（a）对应全色光路二的场曲曲线图，图10中的（b）对应全色光路二的畸变曲线图。

[0031] 其中，1‑长波红外光路、2‑全色光路一、3‑全色光路二；

[0032] 1‑1‑第一透镜、1‑2‑第二透镜、1‑3‑第三透镜、1‑4‑第四透镜、1‑5‑第五透镜；

[0033] 2‑1‑第一分光镜、2‑2‑全色光路一第三反射镜、2‑3‑全色光路一第四反射镜；

[0034] 3‑1‑第二分光镜、3‑2‑全色光路二第三反射镜、3‑3‑全色光路二第四反射镜。

具体实施方式

[0035] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

[0036] 本发明提供了一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统，参见图1、图3、图6，整个光学系统为折反式光路结构，以主反射镜作为共口径相机的孔径光阑，锗镜与所述
主反射镜同轴设置，且所述锗镜设置在所述主反射镜的反射光路上，所述锗镜上镀有450‑
900nm的高反射膜，所述高反射膜的反射率达到98.5%以上，通过所述锗镜实现第一次分光，
得到长波红外光路1和可见光波段光路；所述锗镜作为所述长波红外光路1中的第一透镜1‑
1，同时，所述锗镜中镀有所述高反射膜的一面作为所述可见光波段光路中的次反射镜，所
述主反射镜和所述次反射镜构成R‑C系统；所述长波红外光路1包括：所述主反射镜和成像
镜组，所述成像镜组包括依次排布的所述第一透镜1‑1、第二透镜1‑2、第三透镜1‑3、第四透
镜1‑4和第五透镜1‑5（即所述成像镜组包括所述锗镜和另外四个透镜），所述长波红外光路
1用于实现目标红外成像；整个光学系统的中间像面后通过分视场的形式进行第二次分光，
将所述可见光波段光路分为全色光路一2和全色光路二3；其中，所述全色光路一2包括：所
述主反射镜、所述次反射镜、第一分光镜2‑1、全色光路一第三反射镜2‑2、全色光路一第四
反射镜2‑3，所述全色光路一2用于实现目标高光谱成像；所述全色光路二3包括：所述主反
射镜、所述次反射镜、第二分光镜3‑1、全色光路二第三反射镜3‑2、全色光路二第四反射镜
3‑3，所述全色光路二3用于实现微光夜视成像。

[0037] 需要说明的是，所述主反射镜和所述锗镜是三个支路共用的光学元件，为了更清楚的体现三个支路在光路设计上的区别，图1中长波红外光路1、全色光路一2、全色光路二3
框出的是每个支路的部分组成元件。

[0038] 所述主反射镜的孔径为0.6m‑2m，所述主反射镜的焦距为0.8m‑3m；所述长波红外光路1的相对孔径达到1:1。

[0039] 参见图2，光学系统的总视场经所述锗镜后复制了视场，其中，所述长波红外光路1的全视场为面视场，所述全色光路一2和所述全色光路二3共用一个视场，并通过所述第一
分光镜3‑1、所述第二分光镜3‑2分割成两个偏轴方视场。

[0040] 参见图3，所述长波红外光路1的所述成像镜组包括依次排布的第一透镜1‑1（即锗镜）、第二透镜1‑2、第三透镜1‑3、第四透镜1‑4和第五透镜1‑5；所述第一透镜1‑1和所述第
三透镜1‑3为弯月透镜，所述第二透镜1‑2、所述第四透镜1‑4和所述第五透镜1‑5为双凸透
镜。

[0041] 所述第一透镜1‑1的材料为GE_LONE，所述第二透镜1‑2的材料为AMTIR3，所述第三透镜1‑3的材料为AMTIR1，所述第四透镜1‑4和所述第三透镜1‑5的材料为GE_LONE。

[0042] 参见图6，所述第一分光镜2‑1设置在所述次反射镜的反射光路上，所述全色光路一第三反射镜2‑2设置在所述第一分光镜2‑1的反射光路上，所述全色光路一第四反射镜2‑
3设置在所述全色光路一第三反射镜2‑2的反射光路上；所述第一分光镜2‑1与所述次反射
镜的光轴呈45°，所述全色光路一第三反射镜2‑2的光轴与所述第一分光镜2‑1的光轴呈‑
45°；所述全色光路一第三反射镜2‑2、所述全色光路一第四反射镜2‑3为带有高次项的高次
非球面镜，实出瞳在所述全色光路一第四反射镜2‑3与最终像面之间。

[0043] 所述第二分光镜3‑1设置在所述次反射镜的反射光路上，所述全色光路二第三反射镜3‑2设置在所述第二分光镜3‑1的反射光路上，所述全色光路二第四反射镜3‑3设置在
所述全色光路二第三反射镜3‑2的反射光路上；所述第二分光镜3‑1与所述次反射镜的光轴
呈‑45°，所述全色光路二第三反射镜3‑2的光轴与所述第二分光镜3‑1的光轴呈‑45°；所述
全色光路二第三反射镜3‑2、所述全色光路二第四反射镜3‑3为带有高次项的高次非球面
镜，实出瞳在所述全色光路二第四反射镜3‑3与最终像面之间。

[0044] 所述次反射镜和所述全色光路一第三反射镜2‑2两者对应的总畸变像差符号与所述全色光路一第四反射镜2‑3对应的畸变像差符号相反；所述次反射镜和所述全色光路二
第三反射镜3‑2两者对应的总畸变像差符号与所述全色光路二第四反射镜3‑3对应的畸变
像差符号相反。

[0045] 下面对本发明做进一步的说明。

[0046] 本发明为解决现有空间光学系统结构单一、不同成像通道对空间光学系统、相对口径等差异化要求，针对多相机系统成本高、无法进行昼夜观测等问题，提供了一种基于超
大共口径的多波段折反式光学系统，是一种分视场、分光路使用的集反射式、透射式结构为
一体的消畸变空间光学系统，可以满足高光谱、高分辨、全天时、多源探测、多源探测、高精
度立体测绘等光学遥感航天器的需求。

[0047] 本发明是一种基于三路分光的多波段共口径一体化空间光学系统，包括折反式长波红外光学系统、可见光紧凑型同轴四反光学系统，针对大口径、焦面视场范围之间的光学
参数约束问题进行设计优化。

[0048] 本发明中的三个光路共用一个主反射镜，主反射镜为整个光学系统的孔径光阑；锗镜上镀有450‑900nm的高反射膜，高反射膜的反射率达到98.5%以上，锗镜与主反射镜同
轴设置，且位于主反射镜的反射光路上，从而利用金属锗透射长波红外同时反射可见光特
性，通过锗镜将光路分为可见光波段光路和长波红外光路，长波红外光路包括五个透镜，各
个透镜间的曲率和光焦度相互抵消，从而实现色差的进一步消除。

[0049] 锗镜中镀有高反射膜的一面作为可见光波段光路中的次反射镜，主反射镜和次反射镜构成R‑C系统。两个分光镜均设置在次反射镜的反射光路上，两个分光镜将视场分割成
两个部分。针对全色光路一、全色光路二这两个支路，每个支路均包含有一个第三反射镜和
一个第四反射镜，第三反射镜设置在分光镜的反射光路上，第四反射镜设置在第三反射镜
的反射光路上，第四反射镜对应的畸变像差符号与次反射镜和第三反射镜两者对应的总畸
变像差符号相反，因此可以抵消光路中产生的像差及其畸变。

[0050] 全色光路一、全色光路二这两个支路的实出瞳所在的位置均在最后一个镜子（即第四反射镜）与最终像面之间，第四反射镜与最终像面的间距小于第三反射镜与第四反射
镜间的距离，两个光学支路（即全色光路一、全色光路二）的布局应保证光路之间无遮挡。

[0051] 下面结合附图对本发明进行说明。

[0052] 本发明提供的光学系统的工作谱段为0.45 0.9um、8 12um，各光学系统的全视场~ ~
为2°，入瞳孔径为600mm，光学系统总长为1375mm。

[0053] 如图1所示，本发明提供的光学系统中的主反射镜作为共口径相机的孔径光阑，通过锗镜进行分光，将整个光学系统分为三个支路部分，包括：长波红外光路1、全色光路一2、
全色光路二3。如图2所示，光学系统的总视场，经锗镜后复制了视场，其中，长波红外光路1
的全视场为圆形面视场，全色光路一2和全色光路二3共用一个视场，并通过后续的分光镜
分割成两个偏轴方视场，由于全色光路一2只在夜间进行成像，要达到大的动态范围需要借
助光电倍增，而全色光路二3通过像素级光谱滤光片来实现，对能量的需求高，因此，需对视
场进行合理分配，获取更好的成像质量和满足最佳技术指标。

[0054] 长波红外光路1的设计巧妙利用了主反射镜孔径大并且焦距小的特点，由主反射镜会聚后进入长波红外光路1，极大的提高了长波红外光路1的相对孔径，相对孔径将达到
1:1。如图3所示，长波红外光路1包括由五片透镜构成的成像镜组，且均是球面透镜，将其同
轴排布设计，依次为第一透镜1‑1、第二透镜1‑2、第三透镜1‑3、第四透镜1‑4、第五透镜1‑5；
其中，第一透镜1‑1、第三透镜1‑3为弯月透镜，第二透镜1‑2、第四透镜1‑4和第五透镜1‑5为
双凸透镜，所有透镜选用的均为航天型环保玻璃，为降低装调难度，相邻两个透镜间的间隔
均大于20mm。

[0055] 长波红外光路1中五片透镜在制备材料的选择上，第二透镜1‑2和第三透镜1‑3的玻璃材料的色散系数接近，第四透镜1‑4和第五透镜1‑5的色散系数接近。例如，第一透镜1‑
1所采用的材料为GE_LONE，在其表面镀450‑900nm的高反射膜，第二透镜1‑2的材料为
AMTIR3，第三透镜1‑3的材料为AMTIR1，第四透镜1‑4和第三透镜1‑5的材料为GE_LONE。由于
第二透镜1‑2和第三透镜1‑3的玻璃材料的色散系数接近，第四透镜1‑4和第五透镜1‑5的色
散系数接近，因此可通过以上透镜间的组合使用可以实现色差的消除。

[0056] 相较于可见光路，长波红外光路1的焦距很小，约为前者的1/5‑1/6，因此其具备了更大的相对口径，解决了其波长引起的高频衍射极限太小的问题。根据衍射成像原理，长波
红外光路1对应的光学系统需要较大的相对孔径才能达到较高的空间分辨能力，本发明中
长波红外光路1为折反式结构设置，长波红外光路1的相对孔径达到1:1，与此同时，本发明
还利用了非球面在大相对孔径光学系统中进行像质校正。下面利用光学仿真软件进行像质
校正验证，图4对应长波红外光路的调制传递函数图，图5对应长波红外光路的场曲畸变图，
其中，图5中的（a）对应长波红外光路的场曲曲线图，图5中的（b）对应长波红外光路的畸变
曲线图；从图4可以看出，长波红外光路的调制传递函数接近极限衍射，从图5可以看出，最
大场曲量为0.027，最大畸变量为0.00041。

[0057] 如图6所示为全色光路一、全色光路二的成像示意图，光线入射到主反射镜并经其反射后入射至次反射镜，第一分光镜2‑1、第二分光镜3‑1均设置在次反射镜的反射光路上，
为使两个支路间的光路结构相互独立、无遮挡，应保证第一分光镜2‑1和第二分光镜3‑1间
的水平距离大于200mm，第一分光镜2‑1与次反射镜的光轴呈45°，第二分光镜3‑1与次反射
镜的光轴呈‑45°，全色光路一第三反射镜2‑2的光轴与第一分光镜2‑1的光轴呈‑45°，全色
光路二第三反射镜3‑2的光轴与第二分光镜3‑1的光轴呈‑45°。

[0058] 全色光路一第三反射镜2‑2、全色光路一第四反射镜2‑3，以及全色光路二第三反射镜3‑2、全色光路二第四反射镜3‑3都是带有高斯项的高斯非球面镜，考虑到后续的加工
难度，只取了高斯2阶项、4阶项、8阶项。

[0059] 由于全色光路一2采用同轴四反的光学系统，四反射镜系统有四个曲率半径、三个间隔和四个非球面系数，共11个自由变量，因此减弱了消像差的难度，进而全色光路一2的
调制传递函数能够接近衍射极限。由于全色光路一2和全色光路二3在中间像面后分光，因
此全色光路二3也采用了同轴四反的光学系统，为了不产生遮挡，运用矢量像差理论，将全
色光路二第三反射镜3‑2、全色光路二第四反射镜3‑3进行了一定量的偏心和倾斜设计，进
而全色光路二3的调制传递函数能够接近极限衍射。下面利用光学仿真软件进行验证，图7
和图9分别表征全色光路一、全色光路二的调制传递函数曲线图，可以看出，这两个光路的
调制传递函数接近极限衍射，均大于0.5，光学系统的成像质量优良。

[0060] 针对全色光路一2，由于采用同轴四反光学系统，其中主反射镜产生的畸变像差符号为负，次反射镜产生的畸变像差符号为负，全色光路一第三反射镜2‑2产生的畸变像差符
号为正，全色光路一第四反射镜2‑3产生的畸变像差符号为负，即全色光路一第四反射镜2‑
3对应的畸变像差符号与次反射镜和全色光路一第三反射镜2‑2两者对应的总畸变像差符
号相反，进而该支路的畸变像差能够有效消除。全色光路二3与全色光路一2类似，全色光路
二第四反射镜3‑3对应的畸变像差符号与次反射镜和全色光路二第三反射镜3‑2两者对应
的的总畸变像差符号相反，进而该支路的畸变像差能够有效消除。下面利用光学仿真软件
进行验证，图8表征全色光路一的畸变场曲曲线图，其中，图8中的（a）对应全色光路一的场
曲曲线图，图8中的（b）对应全色光路一的畸变曲线图；图10表征全色光路二的畸变场曲曲
线图，其中，图10中的（a）对应全色光路二的场曲曲线图，图10中的（b）对应全色光路二的畸
变曲线图；可以看到两个光学支路的畸变像差被有效消除，最大畸变量均不超过0.0004，最
大场曲量均不超过0.08。

[0061] 本实施方案中，整个光学系统的光学镜头的位置排布紧凑无遮挡，降低了装调难度，缩短了系统的总长，节约星上空间。

[0062] 综上，本发明解决了现有空间光学系统结构单一、不同成像通道对空间光学系统、相对口径等差异化要求、实现成本高、无法进行昼夜观测等问题，提供了基于超大共口径的
多波段折反式光学系统，利用主反射镜孔径大并且焦距小的特点，由主反射镜会聚后进入
长波红外光路，极大的提高了长波红外光路的相对孔径，利用锗镜透射长波红外同时反射
可见光的特性，通过锗镜将光路分为可见光波段光路和长波红外光路，长波红外光路中五
个透镜的配合设计，能够对像差和色差作进一步消除，最终在第一探测器的像面上成像，全
色光路一、全色光路二可以消除对应支路的像差及其畸变，分别最终在第二探测器、第三探
测器的像面上成像。

[0063] 本发明实施例提供的一种基于锗镜三路分光的共口径相机的光学系统至少包括如下技术效果：

[0064] 本发明基于高斯光学理论，整体光学系统基于多重结构的拼接进行多光路设计，适用于具备多重成像任务需求的航天遥感相机。单相机光学系统的复合利用优于多个相机
的组合使用，大幅降低冗余度，高效三路分光，提高成像能量与利用效率，节约了星上空间，
节约发射成本。相机推扫进程中同时获取的全色图像和光谱信息、夜间图像信息、地物的温
度信息，实时的数据多源融合，降低了电子学及后期图像处理的难度。本发明存在一次像面
和中间像，可以相应的设置视场光阑和内遮光罩，长波红外光路所采用的红外玻璃材料，能
够有效的消除杂散光，并具备环保特性，可实现多通道光学系统的同时成像。

[0065] 最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明
的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖
在本发明的权利要求范围当中。