[發(fā)明專利]一種大相對孔徑離軸五反非軸向變焦成像光學系統

有效

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• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114815200B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設計）人: 常軍;曹佳靜;黃翼;田江宇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B17/06
• 分類號: G02B17/06;G02B17/00;G02B15/14
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種大相對孔徑離軸五反非軸向變焦成像光學系統，其特征在于：包括可變光闌，主反射鏡，次反射鏡，第三反射鏡，第四反射鏡，第五反射鏡，探測器像面，還包括用于移動主反射鏡、次反射鏡、第三反射鏡的平移臺；

所述可變光闌為孔徑光闌，孔徑光闌的孔徑隨焦距變化而變化；通過調節(jié)孔徑光闌的孔徑，保證變焦成像光學系統的相對孔徑固定；

所述主反射鏡、次反射鏡、第三反射鏡為實現變倍和補償功能的元件，通過非軸向移動所述主反射鏡、次反射鏡、第三反射鏡實現變焦成像；其中，所述非軸向移動基于非軸向移動矢量實現，非軸向移動矢量為軸向移動量與垂軸移動量合成的非軸向移動矢量；通過軸向移動實現非軸向變焦成像光學系統焦距的變化；通過垂軸方向移動增加變焦成像光學系統的自由度，利用主反射鏡、次反射鏡、第三反射鏡三個反射鏡偏心量對像差場的作用主動平衡變焦成像光學系統多重結構之間的波像差，實現不同焦距結構下非軸向變焦成像光學系統高階像散與彗差的校正；通過非軸向移動矢量實現軸向移動與垂軸移動的同步調節(jié)，實現變焦成像光學系統非軸向同步變焦，從而保證不同焦距狀態(tài)下成像質量良好，無需使用自由曲面；

所述第四反射鏡和第五反射鏡組成的后置中繼成像子系統對主反射鏡、次反射鏡、第三反射鏡組成的非軸向同步變焦初成像子系統的一次中間像面處進行再次成像，為了保證成像清晰無雜光，在一次中間像面位置設置視場光闌，顯著減少由于反射鏡移動而難以設置擋光裝置帶來的雜散光，從而有效消除可以到達探測器像面的雜散光。

2.如權利要求1所述的一種大相對孔徑離軸五反非軸向變焦成像光學系統，其特征在于：為了保證變焦成像光學系統穩(wěn)定成像，所述次反射鏡、第三反射鏡和第四反射鏡的放大倍率滿足共軛距不變的變焦關系，保證一次中間像面位置不變，從而確保探測器像面位置不變。

3.如權利要求1所述的一種大相對孔徑離軸五反非軸向變焦成像光學系統，其特征在于：所述主反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡與第五反射鏡為凹面反射鏡，次反射鏡為凸面反射鏡，五個反射鏡面型均為8階非球面；主反射鏡和次反射鏡的反射面相對安排，次反射鏡和第三反射鏡的反射面相對安排，第三反射鏡和第四反射鏡的反射面相對安排，第四反射鏡和第五反射鏡的反射面相對安排，第五反射鏡和探測器像面相對安排；可變光闌與主反射鏡鏡面中心沿Y軸方向偏心放置，偏心量相同，次反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、第五反射鏡均相對光軸偏心和傾斜放置，次反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、第五反射鏡的偏心量與傾斜量不相同。

4.如權利要求1、2或3所述的一種大相對孔徑離軸五反非軸向變焦成像光學系統，其特征在于：工作方法為，

通過可變光闌的光入射到所述主反射鏡的反射面上，經該主反射鏡的反射面反射后形成第一反射光，該第一反射光入射到所述次反射鏡的反射面上，經該次反射鏡的反射面反射后形成第二反射光，該第二反射光入射到所述第三反射鏡的反射面上，經該第三反射鏡的反射面反射后形成第三反射光，該第三反射光入射到所述第四反射鏡的反射面上，經該第四反射鏡的反射面反射后形成第四反射光，該第四反射光入射到所述第五反射鏡的反射面上，經該第五反射鏡的反射面反射后形成第五反射光，該第五反射光被所述探測器像面接收到并成像；主反射鏡、次反射鏡與第三反射鏡位于指定位置處時系統可對較大視場進行清晰成像，當主反射鏡、次反射鏡與第三反射鏡分別非軸向移動到相應位置時，系統切換為分辨率放大的長焦狀態(tài)，對視場范圍內物體進行更高物方空間分辨率的清晰成像；

通過非軸向移動矢量實現軸向移動與垂軸移動的同步調節(jié)，實現變焦成像光學系統非軸向同步變焦；利用第四反射鏡和第五反射鏡組成的后置中繼成像子系統對一次中間像進行再次成像，通過在穩(wěn)定的一次中間像面位置添加視場光闌，有效消除進入后置中繼成像子系統與探測器像面的雜散光；通過以上設置，保證不同焦距狀態(tài)下成像質量良好，無需使用自由曲面，降低加工和檢測成本。