CN108614352B - 无2/1机构的望远光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种无2/1机构的望远光学系统，沿光路依次由物镜组、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和目镜组组成；大口径入射光束依次通过物镜组、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、目镜组后平行出射。本发明采用光路折转的方式，实现俯仰扫描的同时，避开了2/1传动机构，消除了2/1传动机构传动误差带来的光轴稳定性能差的问题。本发明为了去除2/1机构，虽然增加了三个反射镜，但是反射镜的加工、安装、调试均属于成熟技术。而去除2/1机构，大大减小了系统的复杂程度，并对小型化轻量化设计有一定的贡献。

Description

无2/1机构的望远光学系统
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种望远光学系统，尤其涉及一种无2/1机构的望远光学系统。
背景技术
光电仪器对其中光电系统的作用距离要求越来越高，其中光学系统的口径越来越大，而对体积重量的要求越来越苛刻。为了实现小型化设计，一般采用大口径望远镜压缩尺寸。
为了扩大观瞄搜索范围，需要光电系统能俯仰方位大范围扫描，一般都是采用2/1机构来实现扫描。比如美国洛克希德·马丁公司专利US 6359681中采用了2/1机构。其中的望远物镜方位扫描a角度时，为保证望远镜出射光轴不变，反射镜转动a/2角度。为满足物镜和反射镜之间的角度关系，反射镜和物镜之间设计了2/1传动机构。但是由于2/1传动机构存在传动误差，并且这种误差不易测量，会导致光轴稳定精度降低，不能实现高精度稳定。再者反射镜组件结构庞大，空间利用率不高，不利于光电仪器的小型化。美国专利USP4883347中公开了一种不依赖于2：1机构的反射镜稳定方案，虽然去掉了2：1机构，但是由于使用了两个两轴陀螺且安装位置不在一起，装配时两个陀螺的正交性难以保证，容易产生通道耦合交扰，直接影响系统的稳定精度，而且两个两轴陀螺增加了反射镜稳定系统的成本。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出一种无2/1机构的望远光学系统，通过光路折转巧妙避开了2/1传动机构，消除了二比一传动机构传动误差带来的光轴稳定性能差的问题。
本发明的技术方案为：
所述一种无2/1机构的望远光学系统，其特征在于：沿光路依次由物镜组、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和目镜组组成；大口径入射光束依次通过物镜组、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、目镜组后平行出射；
所述物镜组中心轴线垂直俯仰轴与方位轴组成平面；所述俯仰轴与方位轴指望远光学系统所安装的光电瞄准吊舱设备的俯仰轴与方位轴；
所述第一反射镜反射面与方位轴成45°夹角，与俯仰轴平行，且俯仰轴与方位轴交点处于第一反射镜反射面上；所述第二反射镜反射面与方位轴和俯仰轴均成45°夹角；所述第三反射镜反射面与方位轴和俯仰轴均成45°夹角，且与第二反射镜反射面成90°夹角；所述第四反射镜反射面与方位轴和俯仰轴均成45°夹角，且与第三反射镜反射面平行；所述目镜组中心轴线与俯仰轴同轴，垂直于方位轴。
物镜组和第一反射镜绕方位轴转动，实现方位扫描。物镜组、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜绕俯仰轴实现俯仰扫描。由于物镜组与第一反射镜一起同步转动，且俯仰扫瞄过程中可以保证俯仰轴不动，故无需2/1机构。
有益效果
本发明的整体技术效果体现在以下两个方面。
(1)本发明采用光路折转的方式，实现俯仰扫描的同时，避开了2/1传动机构，消除了2/1传动机构传动误差带来的光轴稳定性能差的问题。
(2)本发明为了去除2/1机构，虽然增加了三个反射镜，但是反射镜的加工、安装、调试均属于成熟技术。而去除2/1机构，大大减小了系统的复杂程度，并对小型化轻量化设计有一定的贡献。
附图说明
图1：无2/1机构的望远光学系统；
其中：1为物镜组，2为第一反射镜，3为第二反射镜，4为第三反射镜，5为第四反射镜，6为目镜组，7为快速反射镜。
图2：无2/1机构的望远光学系统在光电瞄准吊舱设备中的安装示意图。
具体实施方式
本实施例为应用在光电瞄准吊舱中的无2/1机构的望远光学系统，如图1所示，本发明优选实施例的望远光学系统由物镜组1、第一反射镜2、第二反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5和目镜组6组成。其中物镜组1由物镜1-1、物镜1-2组成，目镜组6为单个透镜。大口径入射光束依次通过物镜组1、第一反射镜2、第二反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5、目镜组6后平行出射，经过快速反射镜7后进入后续分光探测光路。本优选实施例中望远系统的结构参数见表1。
表1望远系统的参数
Figure BDA0001652847490000031
其中，物镜1－1的后表面和物镜1－2的前表面均为非球面。其非球面系数分别为：
物镜1－1后表面：
K＝1.977，A＝-0.307333E-07；B＝-0.258423E-11；
C＝0.102552E-16；D＝-0.292590E-19
物镜2－1前表面：
K＝-0.043240；A＝-0.132033E-08；B＝-.978674E-13；
C＝0.402277E-18；D＝-0.249005E-20
如图1所示，所述物镜组中心轴线垂直俯仰轴与方位轴组成平面；所述俯仰轴与方位轴指望远光学系统所安装的光电瞄准吊舱设备的俯仰轴与方位轴；所述第一反射镜反射面与方位轴成45°夹角，与俯仰轴平行，且俯仰轴与方位轴交点处于第一反射镜反射面上；所述第二反射镜反射面与方位轴和俯仰轴均成45°夹角；所述第三反射镜反射面与方位轴和俯仰轴均成45°夹角，且与第二反射镜反射面成90°夹角；所述第四反射镜反射面与方位轴和俯仰轴均成45°夹角，且与第三反射镜反射面平行；所述目镜组中心轴线与俯仰轴同轴，垂直于方位轴。
物镜组和第一反射镜安装在镜筒上，镜筒与光电瞄准吊舱设备的方位框架固连，物镜组和第一反射镜能够绕方位轴转动，实现方位扫描。方位框架安装在光电瞄准吊舱设备的俯仰框架上，第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜以及目镜组与俯仰框架固连，物镜组、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜能够绕俯仰轴实现俯仰扫描。
外界场景光谱从物镜组进入光学装置。物镜组和第一反射镜随方位框架绕方位轴旋转时，光线只有旋转没有平移，即在电视/红外传感器所成的图像只有像旋没有平移。物镜组、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和目镜组随俯仰框架绕俯仰轴旋转时，光线也只有旋转没有平移，即在电视/红外传感器所成的图像也只有像旋没有平移。
由于物镜组与第一反射镜一起同步转动，且俯仰扫瞄过程中可以保证俯仰轴不动，故无需2/1机构。

Claims (1)

1.一种无2/1机构的望远光学系统，其特征在于：沿光路依次由物镜组(1)、第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、第三反射镜(4)、第四反射镜(5)和目镜组(6)组成；大口径入射光束依次通过物镜组(1)、第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、第三反射镜(4)、第四反射镜(5)、目镜组(6)后平行出射；
所述物镜组(1)中心轴线垂直俯仰轴与方位轴组成平面；所述俯仰轴与方位轴指安装望远光学系统的光电瞄准吊舱设备的俯仰轴与方位轴；
所述第一反射镜(2)反射面与方位轴成45°夹角，与俯仰轴平行，且俯仰轴与方位轴交点处于第一反射镜(2)反射面上；所述第二反射镜(3)反射面与方位轴和俯仰轴均成45°夹角；所述第三反射镜(4)反射面与方位轴和俯仰轴均成45°夹角，且与第二反射镜(3)反射面成90°夹角；所述第四反射镜反射面(5)与方位轴和俯仰轴均成45°夹角，且与第三反射镜(4)反射面平行；所述目镜组(6)中心轴线与俯仰轴同轴，垂直于方位轴；
物镜组(1)和第一反射镜(2)安装在镜筒上，镜筒与光电瞄准吊舱设备的方位框架固连，物镜组和第一反射镜能够绕方位轴转动，实现方位扫描；方位框架安装在光电瞄准吊舱设备的俯仰框架上，第二反射镜(3)、第三反射镜(4)、第四反射镜(5)以及目镜组(6)与俯仰框架固连，物镜组(1)、第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、第三反射镜(4)、第四反射镜(5)能够绕俯仰轴转动，实现俯仰扫描。
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