一种大相对孔径离轴五反非轴向变焦成像光学系统技术方案

本发明专利技术公开的一种大相对孔径离轴五反非轴向变焦成像光学系统，属于光学变焦成像领域。本发明专利技术采用二次成像的结构，非轴向同步变焦初成像子系统在离轴三反射式全动型变焦的基础上，加入垂轴方向变焦调节，增加变焦成像光学系统优化自由度；通过非轴向移动矢量实现轴向移动与垂轴移动的同步调节，实现变焦成像光学系统非轴向同步变焦。后置中继成像子系统通过两个固定的反射镜实现一次中间像面的翻转、传输与变倍成像。通过中继成像子系统对一次像面处进行再次成像，在一次像面位置设置视场光阑，显著减少由于反射镜移动而难以设置挡光装置带来的杂散光，从而有效消除到达探测器像面的杂散光。本发明专利技术不需要使用自由曲面反射镜，降低加工和检测成本。降低加工和检测成本。降低加工和检测成本。

An off-axis five mirror non axial zoom imaging optical system with large relative aperture

【技术实现步骤摘要】
一种大相对孔径离轴五反非轴向变焦成像光学系统


[0001]本专利技术属于光学变焦成像领域，尤其涉及一种大相对孔径、大变倍比的离轴反射变焦成像光学系统。

技术介绍

[0002]在机载对地观测领域，宽谱段、大变倍比、高分辨率的变焦距光学系统设计具有重要意义。离轴全反射式变焦光学系统具有无色差宽成像谱段、兼顾大视场搜索和小视场瞄准、无遮拦成像的特点，符合新一代高性能、轻小型机载对地观测载荷的应用需求。
[0003]离轴全反射式变焦距光学系统按原理分为主动变焦型和机械变焦型。离轴全反射式主动变焦成像系统通过控制主动光学元件(变形镜、空间光调制器、液体透镜等)的曲率等变化来实现系统光焦度的变化。离轴全反射式主动变焦成像系统响应速度快，体积相对较小，但是仍存在主动光学元件调控难度高、离轴面型拟合难度高、数据传输速度较慢、成本高的限制。离轴全反射式机械变焦成像系统通过控制系统内部反射镜的轴向移动来实现整体光焦度的变化，与离轴全反射式主动变焦成像系统相比，响应速度较慢，体积较大，但是机械控制相对简单，成本较低。传统离轴全反射式机械变焦成像系统一般采用三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大相对孔径离轴五反非轴向变焦成像光学系统，其特征在于：包括可变光阑，主反射镜，次反射镜，第三反射镜，第四反射镜，第五反射镜，探测器像面，还包括用于移动主反射镜、次反射镜、第三反射镜的平移台；所述可变光阑为孔径光阑，孔径光阑的孔径随焦距变化而变化；通过调节孔径光阑的孔径，保证变焦成像光学系统的相对孔径固定；所述主反射镜、次反射镜、第三反射镜为变倍组和补偿组元件，通过非轴向移动所述三个反射镜实现变焦成像；其中，所述非轴向移动基于非轴向移动矢量实现，非轴向移动矢量为轴向移动量与垂轴移动量合成的非轴向移动矢量；通过轴向移动实现非轴向变焦成像光学系统焦距的变化；通过垂轴方向移动增加变焦成像光学系统的自由度，利用主反射镜、次反射镜、第三反射镜三个反射镜偏心量对像差场的作用主动平衡变焦成像光学系统多重结构之间的波像差，实现不同焦距结构下非轴向变焦成像光学系统高阶像散与彗差的校正；通过非轴向移动矢量实现轴向移动与垂轴移动的同步调节，实现变焦成像光学系统非轴向同步变焦，从而保证不同焦距状态下成像质量良好，无需使用自由曲面。2.如权利要求1所述的一种大相对孔径离轴五反非轴向变焦成像光学系统，其特征在于：所述利用三个反射镜偏心量对像差场的作用主动平衡变焦成像光学系统多重结构之间的波像差，实现方法如下，步骤一，根据轴向移动公式(1)确定三个反射镜轴向移动量；其中，r为反射镜的曲率半径，t为反射镜之间的距离，α
ji
为遮拦比，β
ji
为放大率，f
j
为不同结构下的焦距；步骤二，根据公式(2)确定变焦成像光学系统的初级波像差系数，所述初级波像差系数是关于α
ji
,β
ji
,f
j
的函数；其中：
其中：所述k
i
为反射镜i的二次曲面系数，且n
i
＝1(i为奇数),n
i
＝
‑
1(i为偶数)，n
i
'＝
‑
1(i为奇数),n
i
'＝1(i为偶数)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)u
j1
＝0,u
j1
'＝2h
j1
/r1,u
j2
＝u
j1
',u
j2
'＝u
j2
/β
j1
,u
j3
＝u
j2
',u
j3
'＝u
j3
/β
j2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)步骤三，基于步骤二确定的变焦成像光学系统的初级波像差系数，通过公式(7)确定不同结构下反射镜的偏心量σ
ji
，并根据所述偏心量σ
ji
主动平衡变焦成像光学系统多重结构之间的波像差，实现不同焦距结构下非轴向变焦成像光学系统高阶像散与彗差的校正；所述偏心量σ
ji
的差值
△
σ
j1
,
△
σ
j2
,
△

【专利技术属性】
技术研发人员：常军，曹佳静，黄翼，田江宇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：