[发明专利]长焦距光学系统成像结构

说明书

本发明属于应用光学设计领域中长焦距成像结构的改进。

一般来说，选择长焦距主要是为得到远距离目标的清晰象，大的视场可以探测到更大的区域。对于长焦距高分辨率成像的光学系统结构，目前大多采用的是如卡赛格林或马可舒托夫型系统的折反式光学系统，或者是三反射镜系统及折射式系统的。采用折反光学系统，除中心遮栏不能小外，还由于有杂散光可以直接到达像面，则系统中须加消杂光光栏，致使轴外视场的光学调制传递函数下降。若采用非离轴三反射镜结构，可以不产生色差、轴外不拦光，但视场不能够大，否则系统的中心遮拦要增大，也导致光学调制传递函数的下降。对于非共轴三反射镜结构，虽然可以使整个系统没有中心遮拦，并且全视场光学调制传递函数也比较高，但其装调位置精度要求较高，装配工艺很难实现。而折射式系统则存在消色差和二级光谱问题，为了消色差，必须选用特殊的光学玻璃材料。

本发明的目的是针对上述存在的问题，设计一种结构简单、装配容易、中心遮拦小，且能使系统的光学调制传递函数增高的、适用于远距离目标观测的长焦距光学系统的成像结构。

为实现上述目的，本发明所设计的长焦距光学系统成像结构，使用有两块凹面反射镜、一块平面反射镜、场镜和透镜组以及校正镜；其特征在于，采用折射式双反射镜光学成像结构，是把两块凹面反射镜沿其凹面的中心垂线相互交叉垂直设置，在其交叉点位置倾斜设置平面反射镜使光路沿轴折转，其中第一块凹面反射镜相对平面反射镜的位置为平面反射镜在其焦点的附近，第二块凹面反射镜相对平面反射镜的位置为平面反射镜在其焦点以外二倍焦距以内的位置，场镜位于二块凹面反射镜的组合焦点附近，光路再经透镜组成像。而校正镜可以设置在平面反射镜与场镜之间，也可以设置在透镜组的下方。

本发明的特征还在于，所述的两块凹面反射镜可以是球面反射镜，或是二次曲面反射镜，若为球面反射镜则需在校正镜或透镜组做有非球面透镜来校正球面反射镜产生的球差和像散。

对于光学系统，只有场曲是由光学系统中各透镜的光焦度来决定，而与透镜的弯曲和间隔变化无关，因此在结构选型和各光焦度分配上，一定要使初级场曲为零。由于发明的结构中，两块凹面反射镜可产生负的场曲，而场镜和透镜组均产生正的场曲，所以能保证整个系统的初级场曲很小；另外，理想光学系统的光学调制传递函数在相对孔径一定的情况下是与中心遮拦有关，而在本发明的设计中，平面反射镜的尺寸决定了系统的遮拦，可以通过对第一块凹面反射镜选用不大的曲率半径来控制平面反射镜的大小，从而使系统的中心遮拦减小；而第二块凹面反射镜曲率半径的选取应保证平面反射镜不阻拦经过其反射的成像光束；在保证整个光学系统的中心遮拦小和系统的光学调制传递函数增高的基础上，使得本发明在理论上能够实现无穷远光线中目标的成像；与长焦距折反式或非离轴三反射式光学系统比较，本发明具有中心遮拦小、杂散光影响小、光学调制函数高的优点；与离轴三反射镜结构比较，本发明具有装调容易的优点；与长焦距折射式光学系统相比，可以不用特殊材料。所以本发明具有结构简单、设计合理、装调容易、成像清晰的优点。

以下结合附图对本发明的实施作进一步的叙述。

附图1为本发明所设计长焦距光学系统成像结构的一种实例的结构示意及光学原理图，附图2为本发明另一种实例的结构示意及光学原理图。图中1为第一块凹面反射镜，2为第二块凹面反射镜，3为平面反射镜，4为场镜，5为透镜组，6为校正镜，7为成像面。

参见附图，本发明所设计的长焦距光学系统成像结构采用折轴式双反射镜光学成像结构，是把两块凹面反射镜1和2沿其凹面的中心垂线相互交叉垂直设置，在交叉点位置倾斜设置平面反射镜3使光路沿轴折转；其中凹面反射镜1相对平面反射镜3的位置为平面反射镜3在反射镜1的焦点附近，凹面反射镜2相对平面反射镜3的位置为平面反射镜3在反射镜2的焦点以外二倍焦距以内的位置，场镜4位于二块凹面反射镜1和2的组合焦点附近，光路再经透镜组5成像于像面7；而校正镜6可以设置在平面反射镜3与场镜4之间(如图1)，也可以设置在透镜组5与像面7之间(如图2)。