[發(fā)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(tǒng)

有效

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• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114815203B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常軍;曹佳靜;王文曦
• 申請（專利權(quán)）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(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四反射式非軸向變焦成像光學系統(tǒng)，屬于光學變焦成像領(lǐng)域。本發(fā)明包括可變光闌、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(diào)節(jié)孔徑光闌的孔徑，保證變焦成像光學系統(tǒng)的相對孔徑固定。在離軸四反射式軸向變焦基礎(chǔ)上，加入垂軸方向變焦調(diào)節(jié)，增加變焦成像光學系統(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)變焦成像光學系統(tǒng)非軸向同步變焦，保證不同焦距狀態(tài)下成像質(zhì)量。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。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學變焦成像領(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系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在機載對地觀測領(lǐng)域，寬譜段、大變倍比、高分辨率的變焦距光學系統(tǒng)設(shè)計具有重要意義。由于共軸反射變焦系統(tǒng)存在遮攔，通常對系統(tǒng)進行離軸無遮攔設(shè)計。離軸全反射式變焦光學系統(tǒng)具有無色差寬成像譜段、兼顧大視場搜索和小視場瞄準、無遮攔成像的特點，符合新一代高性能、輕小型機載對地觀測載荷的應用需求。

目前普遍采用的離軸全反射式變焦距光學系統(tǒng)按原理分為主動變焦型和機械變焦型。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)響應速度快，體積相對較小，但是仍存在主動光學元件調(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，響應速度較慢，體積較大，但是機械控制相對簡單，成本較低。傳統(tǒng)離軸全反射式機械變焦成像系統(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，尤其是在長焦狀態(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。

國外已有技術(shù)中，與本發(fā)明較為接近的是專利(US6333811B1)，如圖1所示：中繼子系統(tǒng)為離軸四反射鏡機械變焦成像系統(tǒng)，由RM1，RM2，RM3，RM4組成，通過軸向移動RM2和RM3可實現(xiàn)2倍變焦成像，變焦方式為軸向移動，但變倍比較小，且相對孔徑較小。國內(nèi)已有技術(shù)中，與本發(fā)明較為接近的是專利(CN2016101543235)，由第一反射鏡(2)、第二反射鏡(4)、第三反射鏡(5)、第四反射鏡(6)組成，通過各個反射鏡在不同軸向位置和角度的改變實現(xiàn)1.33倍變焦成像，系統(tǒng)變倍比較小，且控制反射鏡軸向位置以及角度變化的難度較大。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服傳統(tǒng)離軸全反射式機械變焦成像系統(tǒng)相對孔徑小以及面型復雜的缺點，本發(fā)明主要目的是提供一種大相對孔徑離軸四反射式非軸向變焦成像光學系統(tǒng)，在離軸四反射式軸向變焦基礎(chǔ)上，加入垂軸方向變焦調(diào)節(jié)，增加變焦成像光學系統(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。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四反射式非軸向變焦成像光學系統(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、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(diào)節(jié)孔徑光闌的孔徑，保證變焦成像光學系統(tǒng)的相對孔徑固定。