CN1664644A - 同心三反射镜光学系统“无”像差环视场设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同心三反射镜光学系统“无”像差环视场设计方法，其步骤是：给定同心三反射镜系统；使凸面反射镜半径r大于等于凹面反射镜半径R的一半；将凹面反射镜半径R和凸面镜半径r代入公式：

，则可计算出“无”像差环视场的半径h。与传统的运用光学计算机辅助设计软件设计相比具有以下优点：计算十分简单并且只要初等数学计算就可以解决，不需要光学计算机设计软件，不需要光学设计专业知识。

Description

同心三反射镜光学系统“无”像差环视场设计方法

技术领域

本发明涉及光学系统成像和像差分析原理，提供一种确定同心三反射镜光学系统“无”像差环视场十分简单的方法。

背景技术

同心三反射镜光学系统是OFFNER先生发明的“1∶1”光学投影成像系统。美国专利号：3748015、3821763、4293186对其有比较详细的说明。在这个系统中存在一个消除了三级和五级像差的“无”像差环视场。在系统设计中一般运用光学计算机辅助设计软件来寻找或确定“无”像差环视场，如ZEMAX软件。这种方法比较直观，但是设计者必须有相当的光学设计专业知识和熟悉设计软件，工作比较繁重和复杂。

发明内容

为了使同心三反射镜光学系统能够更广泛的应用于各种类型的仪器中，并为非光学设计专业人员准确使用该系统提供简单方便的方法，本发明目的是提供一种十分简单的设计方法来确定该系统“无”像差环视场，使用者不必是光学设计专业人员，也不需要熟悉光学计算机辅助设计软件。

本发明的技术方案通过对同心光学系统成像特性和同心三反射镜光瞳波像差的分析，发现了寻找同心三反射镜光学系统“无”像差环视场的简单设计方法，其设计方法的步骤是：

1、建立一个同心三反射镜光学系统，它是由二个同心球面反射镜组成的三反镜光学系统，一个凸面反射镜、一个凹面反射镜，物平面、像平面是包含公共球心的同一个平面，垂直于光轴，在物像平面上存在一个“无”像差环视场；

2、选择凸面反射镜和凹面反射镜，使凸面反射镜半径r大于等于凹面反射镜半径R的一半，即： $r\≥\frac{R}{2};$

3、将凹面反射镜半径R和凸面镜半径r代入公式：

$h=\frac{R\sqrt{4r^2-R^2}}{2r},$ 计算出“无”像差环视场的半径h。

在物像平面内满足上述条件的环上只有很小的球差、Petzval曲场和剩余的高级像差，而且球差和Petzval曲场是互相平衡的，由孔径角带来的像差是最小的，因此是一个具有很好像质的环视场。孔径角小于18度。对一个给定的同心三反射镜系统来说只要利用公式就可以计算出“无”像差环视场位置。对设计者可以按以上的三步，先根据需要决定结构的大小，然后计算出环的位置。与传统的运用光学计算机辅助设计软件设计相比具有以下优点：

1、计算十分简单并且只要初等数学计算就可以解决。

2、不需要光学计算机设计软件，不需要光学设计专业知识。

附图说明

图1为同心三反射镜光学系统结构图。

具体实施方式

本发明的具体步骤根据图1作一说明：

1、建立一个同心三反射镜光学系统，它是由二个同心球面反射镜组成的三反镜光学系统，一个凸面反射镜1、一个凹面反射镜2，物平面、像平面是包含公共球心C的同一个平面3，垂直于光轴，在物像平面上的环是“无”像差环视场4，环上来自物方光束主光线经凹面反射镜2反射至凸面镜中心点D，再由凸面镜反射至凹面镜2，再由凹面镜2反射在环上像方像平面上成像，且像方出射主光线与物方入射主光线互相平行；

2、选择凸面反射镜和凹面反射镜，使凸面反射镜半径r大于等于凹面反射镜半径R的一半，即： $r\≥\frac{R}{2},$ 本实施例中选择凸面反射镜半径r为112.98mm，凹面反射镜半径R为222.3mm；

3、将上述凹面反射镜半径R和凸面镜半径r数值代入公式： $h=\frac{R\sqrt{4r^2-R^2}}{2r},$ 计算出“无”像差环视场的半径h为39.85mm。

Claims (1)

1、一种同心三反射镜光学系统“无”像差环视场设计方法，特征在于，其设计方法的步骤为：

(1)建立一个同心三反射镜光学系统，它是由二个同心球面反射镜组成的三反镜光学系统，一个凸面反射镜、一个凹面反射镜，物平面、像平面是包含公共球心的同一个平面，垂直于光轴，在物像平面上的环是“无”像差环；

(2)选择凸面反射镜和凹面反射镜，使凸面反射镜半径r大于等于凹面反射镜半径R的一半，即： $r\≥\frac{R}{2};$

(3)将凹面反射镜半径R和凸面镜半径r代入公式： $h=\frac{R\sqrt{{4r}^2-R^2}}{2r},$ 计算出“无”像差环视场的半径h。

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