CN110161717A - 一种无遮拦全球面反射平行光管光学系统 - Google Patents
一种无遮拦全球面反射平行光管光学系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种无遮拦全球面反射平行光管光学系统,解决了现有离轴反射式平行光管存在的加工、装配难,且造价昂贵,视场角较小等技术问题。该系统包括孔径光阑、主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜以及焦面组件;主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜均倾斜放置;主反射镜、第三反射镜为旋转对称的凸球面反射镜,次反射镜、第四反射镜为旋转对称的凹球面反射镜;入射光由孔径光阑射入,在经主反射镜反射;次反射镜放置在主反射镜的反射光路上;第三反射镜放置在次反射镜的反射光路上;第四反射镜放置在第三反射镜的反射光路上;焦面组件放置在第四反射镜的反射光路上。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统领域,具体涉及一种无遮拦全球面反射平行光管光学系统。
背景技术
平行光管是装校调整光学仪器的重要工具,常用来模拟无穷远目标发射的平行光束。同时也是光学度量仪器中的重要组成部分,在平行光管的焦面上放置分划板、星点板、鉴别率板等焦平面组件,可检测和标定待测光学系统的各种参数和性能。
在很多情况下,必须保证平行光管出射光束的光谱范围尽量宽广,包含紫外到红外,以满足不同工作谱段的光学仪器测试需求。
透射式平行光管由于采用透射玻璃元件,不可避免的存在色差问题,其光谱范围宽度有限。
反射式平行光管覆盖的范围宽广,完全满足要求。但是通常反射式平行光管采用共轴光学系统,存在中心遮拦,且其反射面均为非球面,其加工、装配较为困难。
而离轴反射式平行光管不存在中心遮拦,但反射面均为离轴非球面,其加工、装配更为困难,造价十分昂贵。同时反射式平行光管视场角一般在0.5°以下,视场角较小,不利于测试。
发明内容
为解决技术背景中离轴反射式平行光管存在的加工、装配难,且造价昂贵,视场角较小等技术问题,本发明提出了一种无遮拦全球面反射平行光管光学系统。
本发明的技术解决方案是:
本发明提供了一种无遮拦全球面反射平行光管光学系统,包括孔径光阑、主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜以及焦面组件;
主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜均倾斜放置;主反射镜、第三反射镜为旋转对称的凸球面反射镜,次反射镜、第四反射镜为旋转对称的凹球面反射镜;
入射光由孔径光阑射入,在经主反射镜反射;
次反射镜放置在主反射镜的反射光路上;
第三反射镜放置在次反射镜的反射光路上;
第四反射镜放置在第三反射镜的反射光路上;
焦面组件放置在第四反射镜的反射光路上;
孔径光阑与主反射镜之间的距离为L1,主反射镜与次反射镜之间的距离为L2;次反射镜到第三反射镜之间的距离为L3,第三反射镜与第四反射镜之间的距离为L4,第四反射镜与焦面组件之间的距离为L5;
L1至L5应当满足以下关系式:
0.6×f≤L1≤1.4×f
0.93×f≤L2≤1.1×f
f≤L3≤1.15×f
0.9×f≤L4≤1.25×f
1.05×f≤L5≤1.3×f
f为系统焦距;
主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜的顶点曲率半径分别为:R1、R2、R3、R4;
R1至R4应当满足以下关系式:
1.45×f≤R1≤1.75×f
2.11×f≤-R2≤2.33×f
3.75×f≤R3≤4.16×f
2.57×f≤-R4≤2.94×f
同时满足:
主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜以及焦面组件6绕各自顶点的倾斜角度分别为:α1、α2、α3、α4以及α5;
α1至α5应当满足以下关系式:
8.12°≤α1≤12.05°
6.32≤-α2≤9.4°
9.05°≤α3≤11.7°
3.77°≤-α4≤5.96°
2.02°≤-α5≤4.89°。
本发明的有益效果是:
1.本发明提供的平行光管光学系统,其反射光学元件均为旋转对称的球面反射镜,系统的加工、装配难度相比于包含非球面的平行光管大为减小,采用全反射镜形式,使得平行光管系统光谱范围满足紫外光、可见光、红外光测试需求。
2.本发明提供的平行光管光学系统,像质优良,达到衍射极限,全视场波像差RMS最大0.04λ(λ=632.8nm),且视场角优于2.0°。视场角大大提升。
3.本发明的提供的平行光管光学系统,旋转对称的反射元件倾斜放置,避免了中心遮拦问题。
附图说明
图1是本发明的一种大视场全波段低成本平行光管意图;
图2是实施例1光学系统的全视场波像差RMS分布图;
图3是实施例2光学系统的全视场波像差RMS分布图;
图4是实施例3光学系统的全视场波像差RMS分布图。
附图标记如下:
1-孔径光阑、2-主反射镜、3-次反射镜、4-第三反射镜、5-第四反射镜、6-焦面组件。
具体实施方式
下面根据基本原理和具体实施方式,对本发明进行更加详细的描述:
本发明提供的无遮拦全球面反射平行光管光学系统,包括孔径光阑1、主反射镜2、次反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5以及焦面组件6;
主反射镜2、次反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5均倾斜放置;主反射镜2、第三反射镜4为旋转对称的凸球面反射镜,次反射镜3、第四反射镜5为旋转对称的凹球面反射镜;
入射光由孔径光阑1射入,在经主反射镜2反射;次反射镜3放置在主反射镜2的反射光路上;第三反射镜4放置在次反射镜3的反射光路上;第四反射镜5放置在第三反射镜4的反射光路上;焦面组件6放置在第四反射镜5的反射光路上;
孔径光阑1与主反射镜2之间的距离为L1,主反射镜2与次反射镜3之间的距离为L2;次反射镜3到第三反射镜4之间的距离为L3,第三反射镜4与第四反射镜5之间的距离为L4,第四反射镜5与焦面组件6之间的距离为L5;
L1至L5应当满足以下关系式:
0.6×f≤L1≤1.4×f
0.93×f≤L2≤1.1×f
f≤L3≤1.15×f
0.9×f≤L4≤1.25×f
1.05×f≤L5≤1.3×f
f为系统焦距
主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜的顶点曲率半径分别为:R1、R2、R3、R4;
R1至R4应当满足以下关系式:
1.45×f≤R1≤1.75×f
2.11×f≤-R2≤2.33×f
3.75×f≤R3≤4.16×f
2.57×f≤-R4≤2.94×f
同时满足:
主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜以及焦面组件6绕各自顶点的倾斜角度分别为:α1、α2、α3、α4以及α5;
α1至α5应当满足以下关系式:
8.12°≤α1≤12.05°
6.32≤-α2≤9.4°
9.05°≤α3≤11.7°
3.77°≤-α4≤5.96°
2.02°≤-α5≤4.89°
根据上述光学系统的结构布局,本发明给出了三个不同的实施方式:
实施例1
根据需要,要求设计出的平行光管光学系统需满足焦距850mm,F#为10,视场角为2.2°。
本实施例根据上述各个关系式:给出光学系统中各个光学器件的具体设计参数:系统孔径光阑1的口径为85mm,孔径光阑1到主反射镜2的距离为1405mm,主反射镜2距次反射镜3的距离为820mm,次反射镜3到第三反射镜4的距离为922.82mm,第三反射镜4到第四反射镜5距离为964.37mm,第四反射镜5到焦面组件的距离为1114.37mm;主反射镜2、次反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5的顶点曲率半径分别为:1407.11mm、-1891.85mm、3359.09mm、-2339.09mm;主反射镜2、次反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5、焦面组件6在各自顶点绕X轴的倾斜角度分别为:10.22°、-6.82°、10.18°、-4.80°、-3.24°。系统全视场波像差如图2所示,全视场最大波像差RMS为0.029(λ=632.8nm),像质优异。如此就可实现视场角优于2°、无中心遮拦、像质优良的全球面反射平行光管。
实施例2
根据需要,要求设计出的平行光管光学系统需满足焦距550mm,F#为10,视场角为2.1°。
本实施例根据上述各个关系式:给出光学系统中各个光学器件的具体设计参数:系统孔径光阑1的口径为55mm,孔径光阑1到主反射镜2的距离为707.66mm,主反射镜2距次反射镜3的距离为562.1mm,次反射镜3到第三反射镜4的距离为622.44mm,第三反射镜4到第四反射镜5距离为648.96mm,第四反射镜5到焦面组件6的距离为702.92mm;主反射镜2、次反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5的顶点曲率半径分别为:937.67mm、-1265.71mm、2255.29mm、-1515.04mm;主反射镜2、次反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5、焦面组件6在各自顶点绕X轴的倾斜角度分别为:10.366°、-6.882°、10.535°、-4.894°、-3.1°。系统全视场波像差如图3示,全视场最大波像差RMS为0.02(λ=632.8nm),像质优异。如此就可实现视场角优于2.2°、无中心遮拦、像质优良的全球面反射平行光管。
实施例3
根据需要,要求设计出的平行光管光学系统需满足焦距1000mm,F#为10,视场角为2.2°。
本实施例根据上述各个关系式:给出光学系统中各个光学器件的具体设计参数:系统孔径光阑1的口径为100mm,孔径光阑1到主反射镜2的距离为1014mm,主反射镜2距次反射镜3的距离为1004mm,次反射镜3到第三反射镜4的距离为1136.4mm,第三反射镜4到第四反射镜5距离为1189.43mm,第四反射镜5到焦面组件的距离为1240.39mm;主反射镜2、次反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5的顶点曲率半径分别为:1732.7mm、-2293.53mm、4048.93mm、-2686.07mm;主反射镜2、次反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5、焦面组件6在各自顶点绕X轴的倾斜角度分别为:9.105°、-6.094°、9.184°、-4°、-2.748°。系统全视场波像差如图4示,全视场最大波像差RMS为0.026(λ=632.8nm),像质优异。如此就可实现视场角优于2°、无中心遮拦、像质优良的全球面反射平行光管。
Claims (1)
1.一种无遮拦全球面反射平行光管光学系统,其特征在于:
包括孔径光阑、主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜以及焦面组件;
主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜均倾斜放置;主反射镜、第三反射镜为旋转对称的凸球面反射镜,次反射镜、第四反射镜为旋转对称的凹球面反射镜;
入射光由孔径光阑射入,在经主反射镜反射;
次反射镜放置在主反射镜的反射光路上;
第三反射镜放置在次反射镜的反射光路上;
第四反射镜放置在第三反射镜的反射光路上;
焦面组件放置在第四反射镜的反射光路上;
孔径光阑与主反射镜之间的距离为L1,主反射镜与次反射镜之间的距离为L2;次反射镜到第三反射镜之间的距离为L3,第三反射镜与第四反射镜之间的距离为L4,第四反射镜与焦面组件之间的距离为L5;
L1至L5应当满足以下关系式:
0.6×f≤L1≤1.4×f
0.93×f≤L2≤1.1×f
f≤L3≤1.15×f
0.9×f≤L4≤1.25×f
1.05×f≤L5≤1.3×f
f为系统焦距;
主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜的顶点曲率半径分别为:R1、R2、R3、R4;
R1至R4应当满足以下关系式:
1.45×f≤R1≤1.75×f
2.11×f≤-R2≤2.33×f
3.75×f≤R3≤4.16×f
2.57×f≤-R4≤2.94×f
同时满足:
主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜以及焦面组件绕各自顶点的倾斜角度分别为:α1、α2、α3、α4以及α5;
α1至α5应当满足以下关系式:
8.12°≤α1≤12.05°
6.32≤-α2≤9.4°
9.05°≤α3≤11.7°
3.77°≤-α4≤5.96°
2.02°≤-α5≤4.89°。
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