專利名稱：大視場(chǎng)球面三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于離軸全反射成像光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大視場(chǎng)球面三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
利用幾個(gè)反射鏡所組成的光學(xué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo)成像，例如望遠(yuǎn)鏡或全反射相機(jī)。與透射式光學(xué)系統(tǒng)相比，反射式光學(xué)系統(tǒng)具有使用波段范圍寬、易于實(shí)現(xiàn)輕量化、熱性能好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)有無(wú)中心遮攔，可將反射式光學(xué)系統(tǒng)分為同軸反射系統(tǒng)和離軸反射系統(tǒng)。離軸反射系統(tǒng)可以通過(guò)光闌偏置或視場(chǎng)偏置的方法避免中心遮攔影響，并且能夠獲得良好的雜散光特性。因此，離軸反射光學(xué)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于天文望遠(yuǎn)鏡、空間遙感相機(jī)以及紅外或紫外成像系統(tǒng)之中。目前，應(yīng)用最為廣泛的離軸反射式光學(xué)系統(tǒng)為離軸三反鏡光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)光學(xué)元件光焦度分配方式不同可以分為“正-負(fù)-正”形式和“負(fù)-正-正”形式。光焦度分配為“正-負(fù)-正”的離軸三反鏡光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸較小，但不利于實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)，當(dāng)前發(fā)表的文獻(xiàn)顯示該形式的光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)最大只能到20°，而“負(fù)-正-正”形式為反遠(yuǎn)距結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)的視場(chǎng)較大。采用該結(jié)構(gòu)形式的專利有:美國(guó)專利4598981，美國(guó)專利5170284，美國(guó)專利5331470，歐洲專利0656552A2。這幾個(gè)光學(xué)系統(tǒng)存在的問(wèn)題是:光學(xué)元件都采用非球面，元件加工、檢測(cè)和系統(tǒng)裝調(diào)難度都較大。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，其光學(xué)元件光焦度分配為“正-負(fù)-正”形式時(shí)視場(chǎng)范圍較小，不利于實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)，而其光學(xué)元件光焦度分配為“負(fù)-正-正”形式時(shí)又必須采用加工難度更高的非球面光學(xué)元件，并因此導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的檢測(cè)和裝調(diào)難度加大的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種大視場(chǎng)球面三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案如下:大視場(chǎng)球面三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)包括第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡和孔徑光闌，所述第一反射鏡和第三反射鏡的鏡面均與第二反射鏡的鏡面相對(duì)設(shè)置，三個(gè)反射鏡的曲率中心在一條直線上；來(lái)自遠(yuǎn)處目標(biāo)的入射光束順次經(jīng)第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡反射，由第三反射鏡反射后的出射光再次經(jīng)第二反射鏡反射后匯聚至光學(xué)系統(tǒng)的像面；所述孔徑光闌與第三反射鏡重合；所述第一反射鏡和第三反射鏡的光焦度均為負(fù)，第二反射鏡的光焦度為正。所述第一反射鏡的曲率和第三反射鏡的曲率之和是第二反射鏡的曲率的二倍；所述第二反射鏡的曲率半徑約為第二反射鏡和第三反射鏡中心間隔的二倍；所述第一反射鏡、第二反射鏡和 第三反射鏡都為球面反射鏡；第一反射鏡和第三反射鏡均為光焦度為負(fù)的凸球面反射鏡，第二反射鏡是光焦度為正的凹球面反射鏡；光學(xué)系統(tǒng)采用視場(chǎng)偏置的方式以達(dá)到無(wú)遮攔的目的。
本發(fā)明的有益效果是:該光學(xué)系統(tǒng)采用的光學(xué)元件是三組球面反射鏡，且光線兩次經(jīng)過(guò)三組球面反射鏡中的一組，使得光焦度分配為“負(fù)-正-負(fù)-正”形式，該系統(tǒng)避免了使用非球面反射鏡，并采用視場(chǎng)偏置的方式以達(dá)到無(wú)遮攔的目的，在擴(kuò)大視場(chǎng)的同時(shí)有降低了光學(xué)系統(tǒng)的檢測(cè)和裝調(diào)難度。


圖1是本發(fā)明大視場(chǎng)球面三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的原理圖；圖2是本發(fā)明在各視場(chǎng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的大視場(chǎng)球面三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)包括第一反射鏡1、第二反射鏡2、第三反射鏡3和孔徑光闌4。該光學(xué)系統(tǒng)的入射光束順次經(jīng)第一反射鏡1、第二反射鏡2和第三反射鏡3反射，第三反射鏡3的出射光再次經(jīng)第二反射鏡2反射后匯聚至像面5。第一反射鏡1、第二反射鏡2和第三反射鏡3都為球面反射鏡。第一反射鏡I和第三反射鏡3均為光焦度為負(fù)的凸球面反射鏡，第二反射鏡2是光焦度為正的凹球面反射鏡，并且光線兩次經(jīng)過(guò)第二反射鏡2，即形成了 “負(fù)-正-負(fù)-正”的光焦度分配形式，孔徑光闌4與第三反射鏡3重合。第一反射鏡I和第三反射鏡3的鏡面均與第二反射鏡2的鏡面相對(duì)排列，三個(gè)反射鏡共軸設(shè)置即曲率中心都在一條直線上。第二反射鏡2的曲率半徑約為第二反射鏡2和第三反射鏡3中心間隔的二倍，這樣就使到達(dá)像面5的主光線與光軸近乎平行，即實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)遠(yuǎn)心光路設(shè)計(jì)。為了校正場(chǎng)曲,本發(fā)明將第一反射鏡I的曲率和第三反射鏡3的曲率+之和設(shè)
定為第二反射鏡2的曲率}的二倍，即
權(quán)利要求
1.大視場(chǎng)球面三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:該光學(xué)系統(tǒng)包括第一反射鏡(I)、第二反射鏡(2)、第三反射鏡(3)和孔徑光闌(4)，所述第一反射鏡(I)和第三反射鏡(3)的鏡面均與第二反射鏡(2)的鏡面相對(duì)設(shè)置，三個(gè)反射鏡的曲率中心在一條直線上；入射光束順次經(jīng)第一反射鏡(I)、第二反射鏡(2)和第三反射鏡(3)反射，由第三反射鏡(3)反射后的出射光再次經(jīng)第二反射鏡(2)反射后匯聚至光學(xué)系統(tǒng)的像面(5);所述孔徑光闌(4)與第三反射鏡(3)重合；所述第一反射鏡(I)和第三反射鏡(3)的光焦度均為負(fù)，第二反射鏡(2)的光焦度為正。
2.如權(quán)利要求1所述的大視場(chǎng)球面三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一反射鏡(O的曲率和第三反射鏡(3)的曲率之和是第二反射鏡(2)的曲率的二倍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的大視場(chǎng)球面三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一反射鏡(I)和第三反射鏡(3 )均是光焦度為負(fù)的凸球面反射鏡，第二反射鏡(2 )是光焦度為正的凹球面反射鏡 。
全文摘要
大視場(chǎng)球面三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，主要解決現(xiàn)有全反射光學(xué)系統(tǒng)成像視場(chǎng)角小、元件加工和檢測(cè)困難的問(wèn)題。系統(tǒng)由凸球面的第一反射鏡、凹球面的第二反射鏡、凸球面的第三反射鏡和孔徑光闌組成，三個(gè)反射鏡的曲率中心在一條直線上，孔徑光闌與第三反射鏡重合；入射光先入射到第一反射鏡，然后到達(dá)第二反射鏡，再入射到第三反射鏡后返回第二反射鏡最終到達(dá)像面，光在第二反射鏡經(jīng)過(guò)兩次反射，第一反射鏡和第三反射鏡經(jīng)過(guò)一次反射；系統(tǒng)采用視場(chǎng)偏置的方式以達(dá)到無(wú)遮攔的目的。本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)消除了球差、彗差、像散和場(chǎng)曲的影響，可在較大視場(chǎng)范圍內(nèi)具有良好的成像質(zhì)量；可應(yīng)用于航空、航天光電成像領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02B27/00GK103226236SQ201310138309
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者史廣維, 張新, 王靈杰, 張建萍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所