CN109828372A - 一种基于柱面镜的共形光学系统及其设计方法 - Google Patents

Abstract

一种基于柱面镜的共形光学系统及其设计方法，属于光学成像技术领域。次反射镜、主反射镜、两个柱面镜以及像面沿光的传输方向依次并列固定设置在镜筒的内部，镜筒外罩装有共形整流罩，主反射镜的中部设有通光孔，两个柱面镜分别为柱面镜一和柱面镜二，柱面镜一的母线平行于X轴设置，柱面镜二的母线平行于Y轴设置。本发明柱面镜一母线平行于X轴设置，校正子午面像差，柱面镜二母线平行于Y轴设置，校正弧矢面像差，通过改变柱面镜一和柱面镜二的间距，平衡共形整流罩动态变化的像差；同时可应用于精确制导武器共形导引头光学系统中，改善共形光学系统成像质量，提高武器光学目标探测性能。

Description

一种基于柱面镜的共形光学系统及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种共形光学系统及其设计方法，属于光学成像技术领域。

背景技术

由于共形整流罩在非零目标视场下的子午曲率半径和弧矢曲率半径大小不相等，且子午曲率半径与弧矢曲率半径的差值会随着目标视场的变化而变化，继而引入了随目标视场变化而动态变化的像差，严重影响了共形光学系统的成像质量。现有的共形整流罩像差校正主要通过一块或一组光学元件同时进行校正子午和弧矢面内像差，然而此种方法会使得像差校正元件在子午面和弧矢面产生相同的光焦度，继而无法对共形整流罩子午面和弧矢面内不同的光焦度进行补偿，不能很好地校正共形整流罩动态变化像差。

发明内容

本发明的目的在于为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种基于柱面镜的共形光学系统及其设计方法。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种基于柱面镜的共形光学系统，包括共形整流罩、主反射镜、次反射镜、像面、镜筒以及两个柱面镜，所述次反射镜、主反射镜、两个柱面镜以及像面沿光的传输方向依次并列固定设置在镜筒的内部，所述镜筒外罩装有共形整流罩，所述主反射镜的中部设有通光孔，两个柱面镜分别为柱面镜一和柱面镜二，所述柱面镜一的母线平行于X轴设置，所述柱面镜二的母线平行于Y轴设置。

本发明的一种基于柱面镜的共形光学系统及其设计方法，包括如下步骤：

步骤一：目标光束穿过共形整流罩后，通过镜筒的进光孔到达主反射镜；

步骤二：目标光束经主反射镜反射后，到达次反射镜；

步骤三：目标光束经次反射镜的反射，通过主反射镜的中部的通光孔后，依次经过两个柱面镜并会聚到像面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明柱面镜一母线平行于X轴设置，柱面镜二母线平行于Y轴设置，由于共形整流罩产生的像差在子午面和弧矢面内大小不同，通过柱面镜一和柱面镜二的特殊面形及放置方式，使柱面镜一校正子午面像差，使柱面镜二校正弧矢面像差，再通过柱面镜一和柱面镜二沿着Z轴轴向运动，改变柱面镜一和柱面镜二的间距，进而产生变化的像差用以平衡共形整流罩随目标视场变化而动态变化的像差；同时，本发明可应用于精确制导武器共形导引头光学系统中，改善共形光学系统成像质量，提高武器光学目标探测性能。

附图说明

图1是本发明的基于柱面镜的共形光学系统平面示意图；

图2是图1所示的共形光学系统整体结构剖视图，为清晰表示内部结构，未对镜筒进行绘制；

图3是两个柱面镜的位置关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：如图1~图3所示，本发明公开了一种基于柱面镜的共形光学系统，包括共形整流罩1、主反射镜2、次反射镜3、像面5、镜筒6以及两个柱面镜，所述次反射镜3、主反射镜2、两个柱面镜以及像面5沿光的传输方向依次并列固定设置在镜筒6的内部，所述镜筒6外罩装有共形整流罩1，所述主反射镜2的中部设有通光孔A，两个柱面镜分别为柱面镜一4-1和柱面镜二4-2，所述柱面镜一4-1的母线平行于X轴设置，用于校正子午面像差；所述柱面镜二4-2的母线平行于Y轴设置，用于校正弧矢面像差。

具体实施方式二：如图1、2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述主反射镜2和次反射镜3的面形为球面或非球面。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二作出的进一步说明，所述非球面为自由曲面或平面。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述柱面镜一4-1与主反射镜2中部的通光孔A对应设置。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述柱面镜二4-2与主反射镜2中部的通光孔A对应设置。

具体实施方式六：本实施方式公开了一种具体实施方式一~具体实施方式五中任一具体实施方式所述的系统实现基于柱面镜的共形光学的设计方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

步骤一：目标光束穿过共形整流罩1后，通过镜筒6的进光孔B到达主反射镜2；

步骤二：目标光束经主反射镜2反射后，到达次反射镜3；

步骤三：目标光束经次反射镜3的反射，通过主反射镜2的中部的通光孔A后，依次经过两个柱面镜并会聚到像面5。

柱面镜一4-1和柱面镜二4-2的运动方式均为沿Z轴方向的直线运动，通过改变柱面镜一4-1和柱面镜二4-2之间的轴向距离，从而校正共形整流罩不同目标视场下的动态变化像差。

柱面镜一4-1和柱面镜二4-2面形参数需要满足以下公式：

式中，为柱面镜表面光焦度，为柱面镜折射率，为柱面镜表面曲率半径。

本发明主要采用折反式成像方式，其中，折射系统包括柱面镜一4-1和柱面镜二4-2，反射系统由主反射镜2和次反射镜3构成，反射系统主要起到折转光路进而缩短系统轴向距离的作用。

本发明中光轴为Z轴，为了表述清晰，虚拟建设了X轴以及Y轴坐标轴。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种基于柱面镜的共形光学系统，包括共形整流罩（1）、主反射镜（2）、次反射镜（3）、像面（5）、镜筒（6）以及两个柱面镜，其特征在于：所述次反射镜（3）、主反射镜（2）、两个柱面镜以及像面（5）沿光的传输方向依次并列固定设置在镜筒（6）的内部，所述镜筒（6）外罩装有共形整流罩（1），所述主反射镜（2）的中部设有通光孔（A），两个柱面镜分别为柱面镜一（4-1）和柱面镜二（4-2），所述柱面镜一（4-1）的母线平行于X轴设置，所述柱面镜二（4-2）的母线平行于Y轴设置。

2.根据权利要求1所述的一种基于柱面镜的共形光学系统，其特征在于：所述主反射镜（2）和次反射镜（3）的面形为球面或非球面。

3.根据权利要求2所述的一种基于柱面镜的共形光学系统，其特征在于：所述非球面为自由曲面或平面。

4.根据权利要求1所述的一种基于柱面镜的共形光学系统，其特征在于：所述柱面镜一（4-1）与主反射镜（2）中部的通光孔（A）对应设置。

5.根据权利要求1所述的一种基于柱面镜的共形光学系统，其特征在于：所述柱面镜二（4-2）与主反射镜（2）中部的通光孔（A）对应设置。

6.一种根据权利要求1-5任一权利要求所述的系统实现基于柱面镜的共形光学的设计方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

步骤一：目标光束穿过共形整流罩（1）后，通过镜筒（6）的进光孔（B）到达主反射镜（2）；

步骤二：目标光束经主反射镜（2）反射后，到达次反射镜（3）；

步骤三：目标光束经次反射镜（3）的反射，通过主反射镜（2）的中部的通光孔（A）后，依次经过两个柱面镜并会聚到像面（5）。