大口径折反式三组元连续变焦光学系统技术方案

一种大口径折反式三组元连续变焦光学系统，涉及光学系统设计技术领域，解决现有折反射变焦距系统由于前后端的结构组成，导致无法充分利用大口径望远镜镜的集光能力和分辨率优势以及系统组构复杂，体积增大等问题；本发明专利技术由前端反射物镜和后端变倍系统组成；所述前端反射物镜为Cassegrain望远物镜，所述后端变倍系统为三组元机械补偿方式，所述三组元机械补偿方式包括前固定镜组、补偿镜组和变倍镜组，光束经Cassegrain望远物镜后在第一像面成像后，经场镜变为准直光束，所述准直光束依次经前固定镜组、补偿镜组和变倍镜组后在像面上成像。本发明专利技术充分利用望远镜的集光能力和分辨率，成像质量好，结构简单。

【技术实现步骤摘要】
大口径折反式三组元连续变焦光学系统
本专利技术涉及光学系统设计
，具体涉及一种可见光、近红外波段大口径望远镜连续变焦距光学系统设计。
技术介绍
现有大口径望远镜形式包括 Gregorian, Cassegrain, Newtonian,Schmidt, Maksutov等，由于Cassegrain形式结构紧凑，中心遮拦小,被广泛采用，以成为现代大型专用望远镜最常用的形式。变焦距系统按像面补偿方式不同分为光学补偿和机械补偿两种，光学补偿方式由于像面不能完全补偿，不符合系统需求。机械补偿方式按照技术指标要求不同，可以有两组式、三组式、四组式甚至五组式。其中三组式在变倍比小于5、相对口径和视场角适中的要求下，可用使结构更加简单、紧凑。目前报道的折反射变焦距系统，有的前端采用牛顿式望远物镜，无法满足现代地面观测大口径望远镜的结构需求，并且变倍过程中，由于系统的通光口径变化，短焦时系统的通光口径减小，无法充分利用大口径望远镜镜的集光能力和分辨率优势；有的后端变倍补偿组采用四组元形式，使系统结构复杂、体积增大，增加了实现的难度。
技术实现思路
本专利技术为解决现有折反射变焦距系统由于前后端的结构组成，导致无法充分利用大口径望远镜镜的集光能力和分辨率优势以及系统组构复杂，体积增大等问题；提供一种大口径折反式三组元连续变焦光学系统。一种大口径折反式三组元连续变焦光学系统，由前端反射物镜和后端变倍系统组成；所述前端反射物镜为Cassegrain望远物镜，所述后端变倍系统为三组元机械补偿方式，所述三组元机械补偿方式包括前固定镜组、补偿镜组和变倍镜组；光束经Cassegrain望远物镜后在第一像面成像后，经场镜变为准直光束，所述准直光束依次经前固定镜组、补偿镜组和变倍镜组后在像面上成像。本专利技术的有益效果:本专利技术所述的连续变焦光学系统，采用Cassegrain形式的反射物镜作为前端系统，适用于现代大口径望远镜结构形式，便于与望远镜其他焦点的切换；端变倍系统采用三组元机械补偿形式，光路形式简单、紧凑；变倍过程中，通光口径不变，充分利用望远镜主镜口径，进而能够充分利用望远镜的集光能力和分辨率；本专利技术的系统相对口径大(短焦位置可达1/1.5)、焦距长、使用波段范围宽(可达到可见至近红外波段)，具有良好的像差校正能力、成像质量优良；并且变倍补偿曲线平滑，易于凸轮实现；本专利技术能够充分利用望远镜的集光能力和分辨率，结构简单、像质优良的大口径连续变焦距光学系统。【附图说明】图1为本专利技术所述的大口径折反式三组元连续变焦光学系统的示意图；图2中的a、b、c为本专利技术所述的大口径折反式三组元连续变焦光学系统中后端变倍系统的短焦、中焦和长焦的结构示意图；图3中(a)和(b)分别为采用本专利技术所述的大口径折反式三组元连续变焦光学系统形成的变倍补偿曲线；(a)为变倍组与补偿组移动量与凸轮转角关系示意图，(b)为系统焦距与凸轮转角关系示意图；图4中(a)、(b)和(C)分别为本专利技术所述的大口径折反式三组元连续变焦光学系统中焦距位置分别为f6000、f4000和f2000的场曲和畸变曲线示意图；图5中(a)、(b)和(C)为与图5中对应的焦距位置的MTF曲线示意图；图6中(a)、(b)和(C)为与图5中对应的焦距位置的能量集中度曲线示意图；图7为本专利技术所述的大口径折反式三组元连续变焦光学系统的短焦位置畸变图；图8为本专利技术所述的大口径折反式三组元连续变焦光学系统的短焦位置像面相对照度曲线。【具体实施方式】【具体实施方式】一、结合图1至图3说明本实施方式，一种大口径折反式三组元连续变焦光学系统，采用二次成像方式，系统由前端Cassegrain反射式望远物镜和后端透射式变倍系统组成；所述变倍系统采用三组元机械补偿方式，依次为前固定组7、补偿组8和变倍组9。所述前端的Cassegrain望远物镜采用反射形式，不产生色差，减轻后端透射系统的色差和二级光谱校正压力；光束依次经Cassegrain望远物镜中的主镜1、次镜2、三镜3和四镜4，在第一像面5后，通过场镜6将光束准直，并对轴外视场光线高度进行控制，以减小后面元件的尺寸；方便系统装调；并通过在第一像面5位置安装视场光阑，可以很好地对杂光进行抑制；结合图3，本实施方式所述的变倍系统实现焦距的连续变化，变倍系统中的前固定组7为变倍组9和补偿组8提供一个稳定的物面，由于其承担的相对口径不大，因此采用一块双胶合透镜Al，由于前固定组产生的二级光谱较大，其中的负透镜采用特殊色散材料TF3。用于二级光谱的校正；变倍组9和补偿组8采用负正结构，即负光焦度的补偿组和正光焦度的变倍组，利用变倍组实现系统倍率变化，利用补偿组8来补偿像面偏移。系统焦距与变倍组移动量呈线性关系。所述补偿组8采用一块负光焦度的双胶合透镜BI ;由于系统短焦时相对口径较大，对变倍组9进行了复杂化设计，由三块单透镜(单透镜Cl、单透镜C3和单透镜C4)和一块双胶合透镜C2组成，其中，单透镜C3为厚弯月镜，用于对场曲进行校正。另外双胶合透镜C2中的正透镜采用了特殊色散玻璃FK51用于对二级光谱进一步校正；第一像面5后通过场镜将光束准直，并对轴外视场光线高度进行控制，以减小后面系统的尺寸。场镜6由一块正光焦度单透镜组成；结合图2，在物方视场±0.03°范围内主系统第一像面成像接近衍射极限，便于系统装调；本实施方式所述的变焦系统变倍过程中，通光口径不变，充分利用望远镜主镜口径，进而能够充分利用望远镜的集光能力和分辨率；相对孔径随焦距连续变化，短焦时相对孔径最大，可达到1/1.5 ；本实施方式中由于Cassegarin望远镜系统仅在一个小视场范围内成像质量理想，因此变倍系统需要补偿前端系统的轴上和轴外像差，并且由于系统焦距较长，重点要对二级光谱进行校正。为了充分利用望远镜通光口径，系统在各焦距位置均为全口径成像，即均由入瞳口径(主镜)限制成像光束口径，不需要对出瞳位置和口径限制；本实施方式所述的系统工作于可见光到近红外波段。【具体实施方式】二、结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式为【具体实施方式】一所述的一种大口径折反式三组元连续变焦光学系统的实施例:本实施方式提供一套口径1000mm、焦距2000mm?6000mm的折反式连续变焦距光学系统，该系统的工作波段为500nm?800nm，相对口径1/2?1/6，其视场角为0.33°?0.14°。结合图1和图3,本实施方式所述的系统由前端Cassegrian反射物镜、场镜和后端变倍系统组成。反射物镜的设计充分考虑系统遮拦比、加工难度和结构尺寸等因素，主镜I 口径1000mm，曲率半径3600mm，抛物面；次镜2的口径200mm，曲率半径795mm，二次曲面，k=-l.61 ;主次镜间隔1450mm，通过两块平面反射镜将光路折叠。第一像面位置在±0.03°的物方视场范围内成像理想，便于系统装调。反射物镜焦距15170mm，系统线遮拦0.2。为使结构布局更加合理，通过两块平面反射镜，即三镜3和四镜4将光路折叠，得到BentCassegrain焦点。三镜3通光口径225X 159_，三镜3通光口径166X 117_。次镜2与三镜3空气间隔1200mm，三镜3和四镜的空气间隔1052mm，四镜4与第一像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径折反式三组元连续变焦光学系统，由前端反射物镜和后端透射式变倍系统组成；其特征是，所述前端反射物镜为Cassegrain望远物镜，所述后端变倍系统为三组元连续变焦系统，所述三组元连续变焦系统包括前固定组（7）、补偿组（8）组和变倍组（9）； 光束经Cassegrain望远物镜后在第一像面（5）成像后，经场镜（6）变为准直光束，所述准直光束依次经前固定组（7）、补偿组（8）和变倍组(9)后在像面（10）上成像。

【技术特征摘要】
1.一种大口径折反式三组元连续变焦光学系统，由前端反射物镜和后端透射式变倍系统组成；其特征是，所述前端反射物镜为Cassegrain望远物镜，所述后端变倍系统为三组元连续变焦系统，所述三组元连续变焦系统包括前固定组(7)、补偿组(8)组和变倍组(9)； 光束经Cassegrain望远物镜后在第一像面(5 )成像后，经场镜(6 )变为准直光束，所述准直光束依次经前固定组(7)、补偿组(8)和变倍组(9)后在像面(10)上成像。2.根据权利要求1所述的一种大口径折反式三组元连续变焦光学系统，其特征在于，所述前固定组(7)采用双胶合透镜(Al)，双胶合透镜为正负结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建立，李宏壮，赵勇志，刘欣悦，赵金宇，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22