CN112068295B - 一种离轴反射式内调焦光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离轴反射式内调焦光学系统，该光学系统视场偏置，包括第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜；第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜的反射面均为二次非球面；入射光经第一反射镜反射后，再由第二反射镜反射至第三反射镜，最终由第三反射镜反射出后成像；第一反射镜、第三反射镜光轴和系统光轴均重合；第二反射镜为调焦镜，第二反射镜调焦过程移动轨迹满足以下条件；y＝0.275x+78.02；其中，x为系统的光轴方向；y为系统的视场偏置方向，且不同物距情况下第三反射镜到第二反射镜的间隔与第二反射镜到第一反射镜的间隔相等。该系统色差为零，调焦过程中各视场主光线近似平行，当作为测量仪器使用时测量误差较小。

Description

一种离轴反射式内调焦光学系统
技术领域
本发明属于光学系统技术领域，具体涉及一种离轴反射式内调焦光学系统。
背景技术
为了实现宽谱段对不同物距的物体成像，在光学设计时需要对光学系统进行内调焦设计，利用调焦镜对不同成像距离的物体进行调焦，使得不同物距像面位置始终固定在同一位置。相比于外调焦，它具有系统长度短、密封性好的优点，广泛的应用于大地测量仪器中。
目前的内调焦光学系统大多采用透射式内调焦光学系统，但是透射式内调焦光学系统在焦距较长的情况下宽谱段成像的色差较为严重，并且色差校正比较困难。
同时，在一些使用空间受限的环境下，透射式内调焦光学系统由于其沿光轴方向的长度较长而无法满足要求。
发明内容
为解决现有透射式内调焦光学系统在长焦距宽谱段时成像色差较为严重，色差校正困难的问题，本发明提供了一种离轴反射式内调焦光学系统。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供的一种离轴反射式内调焦光学系统，该光学系统视场偏置，包括第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜；
第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜的反射面均为二次非球面；
入射光经第一反射镜反射后，再由第二反射镜反射至第三反射镜，最终由第三反射镜反射出后成像；
第一反射镜、第三反射镜光轴和系统光轴均重合；
第二反射镜为调焦镜，第二反射镜调焦过程移动轨迹满足以下条件；y＝0.275x+78.02；
其中，x为系统的光轴方向；y为系统的视场偏置方向；
且不同物距情况下第三反射镜到第二反射镜的间隔与第二反射镜到第一反射镜的间隔相等。
进一步地，上述第一反射镜与第三反射镜为在一个基体上设置出两个不同曲率半径的反射面。
进一步的，上述第一反射镜曲率半径为-966.14mm，二次曲面系数为-1.443。
进一步的，上述第二反射镜曲率半径为-353.97mm，二次曲面系数为-1.235。
进一步的，上述第三反射镜曲率半径为-551.16mm，二次曲面系数为-0.0644，二次曲面系数主要用来校正系统球差、畸变。
进一步的，上述光学系统的视场偏执角度为-5°～-7°。
与现有技术相比，本发明的离轴三反内调焦光学系统有益效果为：
1、本发明提供的光学系统采用全反射形式，光谱范围可由紫外谱段扩展到非制冷红外谱段，并且系统色差为零，调焦过程中各视场主光线近似平行，相当于准像方远心光学系统，当作为测量仪器使用时测量误差较小。
2、本发明中第二反射镜作为调焦镜，由于其口径较小，重量轻，从而使得驱动其运动时负载要求小，便于控制。
3、本发明采用全反射的方式进行调焦，整个光学系统总长较短，约为焦距的一半，进一步地的减小了光学系统的体积，适用于对空间要求苛刻的场景。
4、本发明的光学系统通过全反射的设计，各个反射镜的反射面均为二次非球面设计，同时各个反射镜进行了参数优化，使得该系统像质优良，工作距离为100m到无穷远，系统视场角大，为8°*2°，光谱范围可有紫外区域扩展到非制冷的红外区域，系统焦距600mm。
附图说明
图1为本发明提供的内调焦光学系统示意图。
图2为第二反射镜调焦过程中移动轨迹的示意图。
图3为本发明提供的内调焦光学系统在无穷远物距下的光学MTF曲线图。
图4为本发明提供的内调焦光学系统在100KM物距下的光学MTF曲线图。
图5为本发明提供的内调焦光学系统在10KM物距下的光学MTF曲线图。
图6为本发明提供的内调焦光学系统在1KM物距下的光学MTF曲线图。
图7为本发明提供的内调焦光学系统在500M物距下的光学MTF曲线图。
图8为本发明提供的内调焦光学系统在100M物距下的光学MTF曲线图。
附图标记如下：
1-第一反射镜、2-第二反射镜、3-第三反射镜。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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有没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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实施例提供了一种离轴反射式内调焦光学系统，其工作无穷远时焦距为600mm,F数为7，视场角为8°*2°，为避免系统成像光束遮拦，系统采用视场偏执的形式，本实施例中视场偏执的角度为-5°～-7°，工作距离为100m到无穷远。
如图1所示，该光学系统的具体结构包括第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜；第一反射镜1、第二反射镜2、第三反射镜3的反射面均为二次非球面；
第一反射镜1、第三反射镜3光轴和系统光轴均重合；此处需要说明的是：第一反射镜1和第三反射镜3的结构形式有两种：
1、采用两块独立的曲率半径不同的反射镜。
2、采用在一块基体上设置两个曲率半径的反射面，从而作为第一反射镜1和第三反射镜3。
入射光经第一反射镜1反射后，再由第二反射镜2反射至第三反射镜3，最终由第三反射镜3反射出后成像；第一反射镜1的曲率半径为-966.14mm，二次曲面系数为-1.443；第二反射镜2的曲率半径为-353.97mm，二次曲面系数为-1.235；第三反射镜3曲率半径为-551.16mm，二次曲面系数为-0.0644；
第二反射镜2为调焦镜，第二反射镜2调焦过程中，当物距无穷远时，第二反射镜2到第一反射镜1的间隔为282.26，此时第二反射镜2沿视场偏置方向(即图1中Y轴方向)的平移为0.3134mm，下表为不同物距情况下第二反射镜移动情况：
Figure BDA0002629567700000051
由以上表格可知，第二反射镜2在调焦过程中的移动轨迹满足以下条件；y＝0.275x+78.02；其中，x为光学系统的光轴方向；y为光学系统视场偏置方向，如图2所示，且不同物距情况下第三反射镜3到第二反射镜2的间隔与第二反射镜2到第一反射镜1的间隔相等，在本实施例中，不同物距下第三反射镜到像面间隔均为326.25；
由拟合曲线可知，第二反射镜调焦过程中的运动轨迹为与光轴夹角为15.3922°的直线。
图3至8为本实施中光学系统全物距范围内全视场的MTF曲线，由图可知，在全部工作距离内系统的MTF在50lp/mm处均大于0.5，系统像质良好。

Claims (6)

1.一种离轴反射式内调焦光学系统，其特征在于：该光学系统视场偏置，包括第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜；
第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜的反射面均为二次非球面；
入射光经第一反射镜反射后，再由第二反射镜反射至第三反射镜，最终由第三反射镜反射出后成像；
第一反射镜、第三反射镜光轴和系统光轴均重合；
第二反射镜为调焦镜，第二反射镜调焦过程移动轨迹满足以下条件；y＝0.275x+78.02；
其中，x为系统的光轴方向；y为系统的视场偏置方向；
且不同物距情况下第三反射镜到第二反射镜的间隔与第二反射镜到第一反射镜的间隔相等。
2.根据权利要求1所述的离轴反射式内调焦光学系统，其特征在于：所述第一反射镜与第三反射镜为在一个基体上设置出两个不同曲率半径的反射面。
3.根据权利要求1或2所述的离轴反射式内调焦光学系统，其特征在于：所述第一反射镜曲率半径为-966.14mm，二次曲面系数为-1.443。
4.根据权利要求3所述的离轴反射式内调焦光学系统，其特征在于：所述第二反射镜曲率半径为-353.97mm，二次曲面系数为-1.235。
5.根据权利要求4所述的离轴反射式内调焦光学系统，其特征在于：所述第三反射镜曲率半径为-551.16mm，二次曲面系数为-0.0644。
6.根据权利要求5所述的离轴反射式内调焦光学系统，其特征在于：该光学系统的视场偏置角度为为-5°～-7°。
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