[發明專利]一種大相對孔徑離軸四反射式非軸向變焦成像光學系統

有效

• 申請號: 202210373909.6
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114815203B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 常軍;曹佳靜;王文曦
• 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四反射式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、探測器，還包括用于移動次反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡的平移臺；

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；

所述主反射鏡為固定反射鏡，空間位置不變；所述次反射鏡、第三反射鏡和第四反射鏡為變倍組和補償組元件，通過非軸向移動所述次反射鏡、第三反射鏡和第四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，利用次反射鏡、第三反射鏡和第四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，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下成像質量良好，無需使用自由曲面；

所述主反射鏡、次反射鏡與第四反射鏡為凹面反射鏡，第三反射鏡為凸面反射鏡，四個反射鏡面型均為8階非球面；主反射鏡和次反射鏡的反射面相對放置構成反射鏡組，并通過反射鏡組形成一次中間像；通過非軸向移動次反射鏡改變所述反射鏡組的光焦度，實現初步變焦，降低大相對孔徑與大變倍比帶來的各個反射鏡的面型優化壓力以及后續中繼子系統的變倍與補償壓力；次反射鏡和第三反射鏡的反射面相對放置；第三反射鏡和第四反射鏡的反射面相對放置，第三反射鏡和第四反射鏡組成中繼子系統，通過非軸向移動第三反射鏡和第四反射鏡改變該中繼子系統的放大倍率；第四反射鏡和探測器像面相對放置；可變光闌與主反射鏡鏡面中心沿Y軸方向偏移光軸放置，次反射鏡、第三反射鏡和第四反射鏡均相對光軸偏心和傾斜放置，各鏡的偏心量與傾斜量不相同。

2.如權利要求1所述的一種大相對孔徑離軸四反射式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，從而確保探測器像面位置不變。

3.如權利要求1或2所述的一種大相對孔徑離軸四反射式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被所述探測器像面接收到并成像；

次反射鏡、第三反射鏡和第四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，當次反射鏡、第三反射鏡和第四反射鏡各自非軸向移動到相應位置時，系統切換為分辨率更高的長焦狀態，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，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下成像質量良好，無需使用自由曲面。