[發(fā)明專利]一種無遮攔的兩反射鏡離軸三反光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510026712.5
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104635336A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付強;高鐸瑞;姜會林;景文博;祝勇;趙義武
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 長春市吉利專利事務(wù)所 22206
• 代理人: 李曉莉

1.一種無遮攔的兩反射鏡離軸三反光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方法，其特征在于：包括下述步驟，

步驟一、同軸三反光學(xué)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)計算，

同軸三反光學(xué)系統(tǒng)由主鏡M1、次鏡M2、三鏡M3組成，光線入射后，依次經(jīng)主鏡M1、次鏡M2、三鏡M3到達像面；所述的主鏡M1、次鏡M2、三鏡M3頂點的曲率半徑分別為R1、R2、R3，主鏡M1、次鏡M2、三鏡M3的非球面系數(shù)分別為主鏡M1、次鏡M2、三鏡M3與像面的間距分別為兩反射鏡三反光學(xué)系統(tǒng)的特點是主鏡M1與三鏡M3完全相同并且重合，即要求R1＝R3，d₁＝-d₂；

三反光學(xué)系統(tǒng)的成像性質(zhì)由結(jié)構(gòu)參數(shù)α₁、α₂、β₁、β₂決定；所述的α₁為次鏡對主鏡的遮攔比：α₁＝l₂/f₁′≈h₂/h₁；所述的α₂為三鏡對次鏡的遮攔比：α₂＝l₃/l₂′≈h₃/h₂；所述的β₁、β₂分別為次鏡和三鏡的放大率；

按總焦距f′＝1歸一化處理，可得：

d₁＝α₂(1-α₁)²+α₁(1-α₂)²；

d2=α1(1-α2)β2;]]>

將α₁、α₂作為初始已知量，根據(jù)平場條件可得：

β1=1-α1d1β2;]]>

β2=1-α2(1-α1)2d1α2-1;]]>

利用高斯光學(xué)理論，可得到同軸三反光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的公式：

R1=2β1β2f′;]]>

R2=2α1β2(1+β1)f′;]]>

R3=2α1α21+β2f′;]]>

d₁＝[α₂(1-α₁)²+α₁(1-α₂)²]f′；

d2=α1(1-α2)β2f′;]]>

l₃′＝α₁α₂f′；

式中，所述的f′為系統(tǒng)的總焦距；由此確定同軸三反光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)；

限制R₁＝R₃，得到：

α2=-2α12-4α1+1α1;]]>

根據(jù)以上公式，給出一個α₁便可求出α₂，將α₁和α₂代入上述同軸三反光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)公式中，便可求出兩反射鏡同軸三反光學(xué)系統(tǒng)的全部結(jié)構(gòu)參數(shù)；

令兩反射鏡同軸三反光學(xué)系統(tǒng)的三級球差、慧差為零，可以求出兩個反射鏡的非球面系數(shù)由初級球差系數(shù)S_I＝0，得：

e12=1+1β13β23[α1α2(1+β2)(1-β2)2-α1β23(1+β1)(1-β1)2+e22α1β23(1+β1)3-e12α1α2(1+β2)3];]]>

由初級慧差系數(shù)S_II＝0，得：

e22(α1-1)β23(1+β1)3-e12[α2(α1-1)+β1(1-α2)](1+β2)3=(α1-1)β23(1+β1)(1-β1)2-[α2(α1-1)+β1(1-α2)](1+β2)(1-β2)2-2β1β2;]]>

將α₁、α₂、β₁、β₂帶入上述公式中即可求出兩個反射鏡面的非球面系數(shù)至此，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)R₁(R₃)、R₂、d₁(-d₂)、全部確定；

步驟二、將步驟一中計算獲得的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入到Zemax光學(xué)設(shè)計軟件中；將光闌置于第一面上，取光學(xué)孔徑為離軸量，使系統(tǒng)無中心遮攔，進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化，即可得到滿足要求的無遮攔的兩反射鏡離軸三反光學(xué)系統(tǒng)。