[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(xué)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210373899.6
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114815200B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常軍;曹佳靜;黃翼;田江宇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開的一種大相對孔徑離軸五反非軸向變焦成像光學(xué)系統(tǒng)，屬于光學(xué)變焦成像領(lǐng)域。本發(fā)明采用二次成像的結(jié)構(gòu)，非軸向同步變焦初成像子系統(tǒng)在離軸三反射式全動型變焦的基礎(chǔ)上，加入垂軸方向變焦調(diào)節(jié)，增加變焦成像光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化自由度；通過非軸向移動矢量實現(xiàn)軸向移動與垂軸移動的同步調(diào)節(jié)，實現(xiàn)變焦成像光學(xué)系統(tǒng)非軸向同步變焦。后置中繼成像子系統(tǒng)通過兩個固定的反射鏡實現(xiàn)一次中間像面的翻轉(zhuǎn)、傳輸與變倍成像。通過中繼成像子系統(tǒng)對一次像面處進(jìn)行再次成像，在一次像面位置設(shè)置視場光闌，顯著減少由于反射鏡移動而難以設(shè)置擋光裝置帶來的雜散光，從而有效消除到達(dá)探測器像面的雜散光。本發(fā)明不需要使用自由曲面反射鏡，降低加工和檢測成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)變焦成像領(lǐng)域，尤其涉及一種大相對孔徑、大變倍比的離軸反射變焦成像光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在機(jī)載對地觀測領(lǐng)域，寬譜段、大變倍比、高分辨率的變焦距光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計具有重要意義。離軸全反射式變焦光學(xué)系統(tǒng)具有無色差寬成像譜段、兼顧大視場搜索和小視場瞄準(zhǔn)、無遮攔成像的特點，符合新一代高性能、輕小型機(jī)載對地觀測載荷的應(yīng)用需求。

離軸全反射式變焦距光學(xué)系統(tǒng)按原理分為主動變焦型和機(jī)械變焦型。離軸全反射式主動變焦成像系統(tǒng)通過控制主動光學(xué)元件(變形鏡、空間光調(diào)制器、液體透鏡等)的曲率等變化來實現(xiàn)系統(tǒng)光焦度的變化。離軸全反射式主動變焦成像系統(tǒng)響應(yīng)速度快，體積相對較小，但是仍存在主動光學(xué)元件調(diào)控難度高、離軸面型擬合難度高、數(shù)據(jù)傳輸速度較慢、成本高的限制。離軸全反射式機(jī)械變焦成像系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)內(nèi)部反射鏡的軸向移動來實現(xiàn)整體光焦度的變化，與離軸全反射式主動變焦成像系統(tǒng)相比，響應(yīng)速度較慢，體積較大，但是機(jī)械控制相對簡單，成本較低。傳統(tǒng)離軸全反射式機(jī)械變焦成像系統(tǒng)一般采用三反射鏡和四反射鏡的結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)大變倍比變焦成像，但是系統(tǒng)具有固定大小的入瞳直徑，相對孔徑較小，尤其是在長焦?fàn)顟B(tài)下，系統(tǒng)相對孔徑極小，難以滿足高分辨率成像的要求。此外，為了實現(xiàn)大變倍比范圍內(nèi)的高分辨成像，自由曲面面型反射鏡被用來校正系統(tǒng)的高階非對稱像差，但是自由曲面反射鏡的加工難度以及檢測難度大，大大增加了此類系統(tǒng)的研制難度與成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服傳統(tǒng)離軸全反射式機(jī)械變焦成像系統(tǒng)相對孔徑小以及面型復(fù)雜的缺點，本發(fā)明主要目的是提供一種大相對孔徑離軸五反非軸向變焦成像光學(xué)系統(tǒng)。采用二次成像的結(jié)構(gòu)，即將五個反射鏡根據(jù)成像結(jié)構(gòu)及功能，分為非軸向同步變焦初成像子系統(tǒng)和后置中繼成像子系統(tǒng)。非軸向同步變焦初成像子系統(tǒng)在離軸三反射式全動型變焦的基礎(chǔ)上，加入垂軸方向變焦調(diào)節(jié)，增加變焦成像光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化自由度；此外，通過非軸向移動矢量實現(xiàn)軸向移動與垂軸移動的同步調(diào)節(jié)，實現(xiàn)變焦成像光學(xué)系統(tǒng)非軸向同步變焦，從而保證不同焦距狀態(tài)下成像質(zhì)量良好。后置中繼成像子系統(tǒng)通過兩個固定的反射鏡實現(xiàn)一次中間像面的翻轉(zhuǎn)、傳輸與變倍成像。通過中繼成像子系統(tǒng)對非軸向同步變焦初成像子系統(tǒng)的一次像面處進(jìn)行再次成像，可以在一次像面位置設(shè)置視場光闌，顯著減少由于反射鏡移動而難以設(shè)置擋光裝置帶來的雜散光，從而有效消除到達(dá)探測器像面的雜散光。本發(fā)明還具有如下優(yōu)點：不需要使用自由曲面反射鏡，降低加工和檢測成本。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明公開的一種大相對孔徑離軸五反非軸向變焦成像光學(xué)系統(tǒng)，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(diào)節(jié)孔徑光闌的孔徑，保證變焦成像光學(xué)系統(tǒng)的相對孔徑固定。