CN109557649A - 一种小畸变高像质折反光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学系统领域，提供一种小畸变高像质折反光学系统，针对现有折反式光学系统次镜的支撑结构引起杂散光，导致能量会聚力差的问题，该系统包括镜筒、及设置在镜筒内的次镜、透射校正组和主反射镜；次镜的外径与镜筒内镜相适配；主反射镜上设置光阑，次镜的左侧为物面，主反射镜的右侧为像面；主反射镜为中间开设通光孔的球面反射镜，所述次镜为弯向物面的球面镜；次镜靠近主反射镜的表面中部镀有反射膜，形成反射区；次镜镀有反射膜以外的其他区域为透射区；来自物面的光束经过次镜的透射区透射后进入主反射镜；光束经主反射镜反射后到达次镜的反射区，并经反射区反射进入透射校正组，经透射校正组校正后的光束穿过通光孔在像面成像。
Description
技术领域
本发明属于光学系统领域，特别是涉及一种小畸变高像质折反光学系统，可用作星敏感器，对恒星进行全天时观测。
背景技术
星敏感器在天文导航、定位定向中大量应用，星敏感器可分为三类：透射式、全反射式和折反式。
透射式星敏感器光学系统焦距较短(一般不超过300mm)，畸变较大(相对畸变约为2‰左右)，口径较小(一般不超过Φ80mm)，导致其探测恒星位置能力和弱星等探测能力不足；
全反射式星敏感器大多是卡塞格林系统和R-C系统，经典的卡塞格林系统的主镜是抛物面，次镜是双曲面,系统是消球差的，但存在彗差、像散和场曲，在一定视场内像质不好；R-C系统的主镜和次镜都是双曲面，相对于卡塞格林R-C系统有较大的视场，但在较大的视场中由于存在像散和场曲，其焦面是弯曲的。卡塞格林系统和R-C系统的次镜都必须使用机械结构进行支撑，杂散光较为严重，此外，由于支撑结构的衍射作用，其能量会聚能力较差。
折反式光学系统是在卡塞格林系统或R-C系统中增加透射镜片来校正像差扩大视场，但是其次镜的安装结构没有变化，不能完全避免由支撑结构带来的杂散光和能量会聚力差的问题。
发明内容
针对现有折反式光学系统次镜的支撑结构引起杂散光，导致能量会聚力差的问题，本发明提供了一种小畸变高像质折反光学系统，具有畸变小、像质较好，且光学系统的公差不敏感，加工、装调比较简单。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种小畸变高像质折反光学系统，其特征在于：包括镜筒、以及从左至右同轴设置在镜筒内的次镜、透射校正组和主反射镜；所述次镜的外径与镜筒内镜相适配；主反射镜上设置光阑，次镜的左侧为物面，主反射镜的右侧为像面；所述主反射镜为中间开设通光孔的球面反射镜，所述次镜为弯向物面的球面镜；次镜靠近主反射镜的表面中部镀有反射膜，形成反射区；次镜镀有反射膜以外的其他区域为透射区；来自物面的光束经过次镜的透射区透射后进入主反射镜；光束经主反射镜反射后到达次镜的反射区，并经反射区反射进入透射校正组，经透射校正组校正后的光束穿过通光孔在像面成像。
进一步，所述透射校正组包括从左至右依次设置的光焦度为正的第一透镜、光焦度为负的第二透镜、光焦度为正的第三透镜。
进一步，所述反射膜为高反射膜，所述透射区镀有高减反膜。
进一步，所述次镜的左面为球面，其右面为椭球面；
所述主反射镜为球面；
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的表面均为球面。
进一步，所述次镜的左面曲率半径为-235.75mm,右面曲率半径为-241.066mm；
所述主反射镜的左面曲率半径为-531.45mm；
所述第一透镜左面曲率半径为601.898mm，右面曲率半径为-65.854mm；
所述第二透镜左面曲率半径为-43.895mm，右面曲率半径为36.311mm；
所述第三透镜左面曲率半径为36.5mm，右面曲率半径为203.64mm.
进一步，所述次镜的厚度为10mm；所述主反射镜的为10mm；
所述第一透镜5.9mm；
所述第二透镜3.2mm；
所述第三透镜9.65mm。
进一步，所述次镜右面到主反射镜左面的距离为190mm；
所述次镜右面到第一透镜左面的距离为140mm；
所述第一透镜右面到第二透镜左面的距离为10.6mm；
所述第二透镜右面到第三透镜左面的距离为10.34mm；
所述第三透镜右面到主反射镜左面的距离为40.28mm。
进一步，所述第二透镜采用反常色散材料；
所述主反射镜采用石英、K9或碳化硅材料。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明的主镜为球面反射镜，加工、检测、装调技术简单成熟；次镜即有透射功能也有反射功能，这样设计具有三个优点，一是节省了镜片，结构简单，方便加工和装调；其次是次镜将整个光学系统前端进行了密封，不需要安装密封镜；再次，是取消了次镜的机械支撑结构，减小的衍射效应使能量密度更为集中，本发明系统的畸变小、像质较好，且光学系统的公差不敏感，加工、装调比较简单。
附图说明
图1为本发明小畸变高像质折反光学系统的结构示意图；
图2为本发明小畸变高像质折反光学系统点列图；
图3为本发明小畸变高像质折反光学系统光线像差曲线；
图4为本发明小畸变高像质折反光学系统的象散、场曲、畸变曲线。
其中，附图标记如下：
1—主反射镜，2—次镜，3—透射校正组，31-第一透镜，32-第二透镜，33-第三透镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种小畸变高像质折反光学系统，包括镜筒、以及从左至右同轴设置在镜筒内的次镜2、透射校正组3和主反射镜1；次镜2的外径与镜筒内镜相适配；主反射镜1上设置光阑，次镜2的左侧为物面，主反射镜1的右侧为像面；主反射镜1为中间开设通光孔的球面反射镜，所述次镜2为弯向物面的球面镜；次镜2靠近主反射镜1的表面中部镀有反射膜，形成反射区；次镜2镀有反射膜以外的其他区域为透射区；来自物面的光束经过次镜2的透射区透射后进入主反射镜1；光束经主反射镜1反射后到达次镜2的反射区，并经反射区反射进入透射校正组3，经透射校正组3校正后的光束穿过通光孔在像面成像。
透射校正组3包括从左至右依次设置的光焦度为正的第一透镜31、光焦度为负的第二透镜32、光焦度为正的第三透镜33，主要作用是校正主镜和次镜2未能完全校正的像差残差，其中负镜为反常色散材料，用来校正由次镜2透射而产生的色差。
主镜为中间开孔的球面反射镜。次镜2为弯月形状，其左面为球面，右面为椭球面，且球面和椭球面都弯向物面。次镜2既有透射区域又有反射区域，反射区域在次镜2右面的中心区域，口径约为Φ30mm，反射区域镀有高反射膜，反射区域以外其他区域均为透射，透射区域镀有高减反膜，高反射膜可以选用银膜或金膜。
本实施例的次镜2的左面为球面，其右面为椭球面，主反射镜1的左面为球面，其右面为球面，第一透镜31的左面为椭球面，其右面为球面，第二透镜32和第三透镜33的表面均为球面。
本发明的主反射镜1与次镜2安装在同一镜筒中，且保证其同轴，透射校正组3的三片透镜安装在同一个镜筒中，且保证其同轴，光阑设置在主镜上。
实施例的基本参数如下：焦距：f′＝800mm；入瞳口径：D＝Φ80.0mm；光谱范围：0.65μm～0.9μm；视场角：2ω＝1.7°；后工作距：40mm；主反射镜1口径：Φ81.60mm；次镜2反射口径：Φ29.0mm；遮拦比：0.36；镜组总长：230mm；主反射镜1厚度：10mm。
本实施例的光学结构见下表
| 表面类型 | 半径 | 厚度 | 玻璃 | 折射模式 | |
| 物面 | 球面 | 无限 | 无限 | 折射 | |
| 1 | 球面 | -235.75 | 10 | 45.68 | 折射 |
| 2 | 椭球面 | -241.066 | 190 | 折射 | |
| 光阑 | 球面 | -531.45 | -190 | 反射 | |
| 4 | 椭球面 | -241.066 | 140 | 反射 | |
| 5 | 球面 | 601.898 | 5.9 | 74.43 | 折射 |
| 6 | 球面 | -65.854 | 10.6 | 折射 | |
| 7 | 球面 | -43.895 | 3.2 | 61.44 | 折射 |
| 8 | 球面 | 36.311 | 10.34 | 折射 | |
| 9 | 球面 | 36.5 | 9.65 | 52.52 | 折射 |
| 10 | 球面 | 203.64 | 40.28 | 折射 | |
| 像面 | -235.75 | 0 | 折射 |
从图3，图4可以看出，本实施例的相对畸变优于0.02％，光学系统结构能达到较好的像质水平，且加工、装配比较简单。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。
Claims (8)
1.一种小畸变高像质折反光学系统，其特征在于：包括镜筒、以及从左至右同轴设置在镜筒内的次镜(2)、透射校正组(3)和主反射镜(1)；所述次镜(2)的外径与镜筒内镜相适配；主反射镜(1)上设置光阑，次镜(2)的左侧为物面，主反射镜(1)的右侧为像面；
所述主反射镜(1)为中间开设通光孔的球面反射镜，所述次镜(2)为弯向物面的球面镜；
次镜(2)靠近主反射镜(1)的表面中部镀有反射膜，形成反射区；次镜(2)镀有反射膜以外的其他区域为透射区；
来自物面的光束经过次镜(2)的透射区透射后进入主反射镜(1)；光束经主反射镜(1)反射后到达次镜(2)的反射区，并经反射区反射进入透射校正组(3)，
经透射校正组(3)校正后的光束穿过通光孔在像面成像。
2.根据权利要求1或所述的小畸变高像质折反光学系统，其特征在于：所述透射校正组(3)包括从左至右依次设置的光焦度为正的第一透镜(31)、光焦度为负的第二透镜(32)、光焦度为正的第三透镜(33)。
3.根据权利要求2所述的小畸变高像质折反光学系统，其特征在于：所述反射膜为高反射膜，所述透射区镀有高减反膜。
4.根据权利要求3所述的小畸变高像质折反光学系统，其特征在于：所述次镜(2)的左面为球面，其右面为椭球面；
所述主反射镜(1)为球面镜；
所述第一透镜(31)、第二透镜(32)、第三透镜(33)的表面均为球面。
5.根据权利要求4所述的小畸变高像质折反光学系统，其特征在于：
所述次镜(2)的左面曲率半径为-235.75mm,右面曲率半径为-241.066mm；
所述主反射镜(1)的左面曲率半径为-531.45mm；
所述第一透镜(31)左面曲率半径为601.898mm，右面曲率半径为-65.854mm；；
所述第二透镜(32)左面曲率半径为-43.895mm，右面曲率半径为36.311mm；
所述第三透镜(33)左面曲率半径为36.5mm，右面曲率半径为203.64mm。
6.根据权利要求5所述的小畸变高像质折反光学系统，其特征在于：
所述次镜(2)的厚度为10mm；所述主反射镜(1)的厚度为10mm；
所述第一透镜(31)5.9mm；
所述第二透镜(32)3.2mm；
所述第三透镜(33)9.65mm。
7.根据权利要求5所述的小畸变高像质折反光学系统，其特征在于：
所述次镜(2)右面到主反射镜(1)左面的距离为190mm；
所述次镜(2)右面到第一透镜(31)左面的距离为140mm；
所述第一透镜(31)右面到第二透镜(32)左面的距离为10.6mm；
所述第二透镜(32)右面到第三透镜(33)左面的距离为10.34mm；
所述第三透镜(33)右面到主反射镜(1)左面的距离为40.28mm。
8.根据权利要求7所述的小畸变高像质折反光学系统，其特征在于：所述第二透镜(32)采用反常色散材料；
所述主反射镜(1)采用石英、K9或碳化硅材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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