低成本、高性能对地遥感微纳卫星是当前研究和开发的热点, 为适应微纳卫星平台, 要求空间相机具备小型、轻量化的特点。在其体积和质量的限制下, 设计结构尽可能紧凑的长焦距大视场望远物镜是成功研制高分辨率对地遥感光学相机的关键, 研究利用同轴四反射镜系统解决这一问题的可能性。首先, 介绍无二次遮拦同轴四反射镜望远物镜的组成与工作原理; 基于近轴光学和初级像差理论, 导出几何约束条件和初级像差公式, 给出结构紧凑的长焦距同轴四反镜系统的设计思想与方法; 最后给出举例及设计结果。优化设计了全视场角1°×1°、有效焦距2 100 mm、F数为7的同轴四反射光学系统, 总长228 mm, 约为有效焦距的1/9,结构简单紧凑, 像质接近衍射极限。

随着Skysat-1卫星的成功发射，高分辨率视频相机是目前竞相开发的卫星有效载荷。为降低成本、适应小卫星平台，亟需设计与研制体积小、重量轻、易实现、能对面视场成像的长焦距光学系统。研究与设计了适于面视场成像的全视场同轴三反望远物镜，解决其固有的二次遮拦和像面引出困难等问题。由近轴几何光学理论，导出消除二次遮拦的条件和系统总长与三镜中继成像倍率的关系，讨论并得到合理的三镜中继成像倍率等参数。利用出瞳附近处的平面镜，无遮拦地引出像平面，同时用平面镜组折叠光路，减小系统总长。给出了确定初始结构参数的方法与结果，优化设计得到了有效焦距、视场角、F数分别为10 m、1.1°×1°、14.3的无二次遮拦光学系统，其总长约为有效焦距的1/8，成像质量接近衍射极限。