CN203773148U - 用于多波段目标模拟检测的离轴双反式非球面平行光管 - Google Patents

用于多波段目标模拟检测的离轴双反式非球面平行光管 Download PDF

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张勇
马东玺
谢大兵
张岭
马振书
孙江生
张连武
冯广斌
闫鹏程
李春雷
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Abstract

本实用新型涉及一种用于多波段目标模拟检测的离轴双反式非球面平行光管，其结构是在筒状壳体前、后端面设有封口板；在前端面的封口板上开有偏离中心的出光口，在前端面的封口板的内侧设置有离轴双曲面次反射镜；在后端面的封口板的内侧设置有与前端面出光口相对的离轴抛物面主反射镜；所述离轴双曲面次反射镜设置在所述离轴抛物面主反射镜的焦平面上；在所述离轴抛物面主反射镜与所述离轴双曲面次反射镜构成的光学系统的焦平面上设置有模拟光源。本实用新型体积小、重量轻，同时在轴上具有很好的成像质量，可作为多波段集成的目标模拟与检测的准直光学系统使用，在光学检测与计量领域具有广阔的应用前景。

Description

用于多波段目标模拟检测的离轴双反式非球面平行光管
技术领域
本实用新型涉及一种平行光管，具体地说是一种用于多波段目标模拟检测的离轴双反式非球面平行光管。
背景技术
平行光管是一种高精度、综合型光学检测基础设备，可提供无穷远目标模拟。基于折射式光学系统的平行光管受光学材料限制，难于实现大口径和轻量化。采用反射式光学系统的平行光管受光学材料限制小，透过率高，便于轻量化设计，且光学系统不存在色差，但现有同轴反射式光学系统的次镜及其支撑结构形成了对主镜接收孔径的中心遮拦，导致实际使用的有效接收面积减少，降低了信号接收效率，成像质量受到影响。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于多波段目标模拟检测的离轴双反式非球面平行光管，以解决现有平行光管体积大和成像质量差的问题。
本实用新型是这样实现的：一种用于多波段目标模拟检测的离轴双反式非球面平行光管，其结构是在筒状壳体前、后端面设有封口板；在前端面的封口板上开有偏离中心的出光口，在前端面的封口板的内侧设置有离轴双曲面次反射镜；在后端面的封口板的内侧设置有与前端面出光口相对的离轴抛物面主反射镜；所述离轴双曲面次反射镜设置在所述离轴抛物面主反射镜的焦平面上；在所述离轴抛物面主反射镜与所述离轴双曲面次反射镜构成的光学系统的焦平面上设置有光源。
所述离轴抛物面主反射镜与所述离轴双曲面次反射镜的镜面结构是依据公式
定义得出；其中，z为曲面上各点沿光轴方向坐标，r为光线与曲面交点高度，c为顶点曲率，k为二次曲面常量，r为非球面顶点的曲率半径，a1、a2、a3分别为抛物面待修剪高次项系数；所述两镜面结构定义时的k值不同，所述离轴抛物面主反射镜镜面为抛物面，所述离轴双曲面次反射镜镜面为偶次非球面。
在所述离轴抛物面主反射镜和所述离轴双曲面次反射镜的镜面上均镀有铝反射膜。
基于已确定的平行光管焦距f和口径D，本实用新型采用的离轴抛物面主反射镜和离轴双曲面次反射镜构成离轴双反式光学系统。设置于光学系统焦平面上的模拟光源发出的光线经次反射镜与主反射镜的两次反射转化为平行光线从出光口射出，光路折叠，从而减小了平行光管的体积。离轴双曲面次反射镜放置在离轴抛物面主反射镜焦平面处，不会遮挡离轴抛物面主反射镜有效口径内的出射光线，使整个光学系统没有中心遮拦，可优化变量多，在增大光学系统视场的同时可极大改善光学系统成像质量。本实用新型可作为多波段集成的目标模拟与检测的准直光学系统使用，在光学检测与计量领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图中：1、壳体，2、离轴抛物面主反射镜，3、离轴双曲面次反射镜，4、出光口，5、模拟光源。
具体实施方式
本实用新型包括壳体1，在壳体1的前、后端面分别设置有前封口版与后封口版。在前封口版偏离中心的位置处开有出光口4。在后封口版的内侧设置有与出光口4相对的离轴抛物面主反射镜2。在前封口版的内侧设置有离轴双曲面次反射镜3，其中，离轴双曲面次反射镜3位于离轴抛物面主反射镜2的焦平面上。离轴抛物面主反射镜2与离轴双曲面次反射镜3构成离轴双反式光学系统，在此光学系统的焦平面上设置有模拟光源5。模拟光源5发出的光线经两反射镜反射后转化为平行光线由出光口4射出。在两反射镜的镜面上均镀有铝，用来提高光线反射率。壳体1由硬铝材料制备，减轻重量。
离轴抛物面主反射镜2的镜面为抛物面，离轴双曲面次反射镜3的镜面为偶次非球面，两镜面结构依据公式
定义得出，其中：z为曲面上各点沿光轴方向坐标，r为光线与曲面交点高度，c为顶点曲率，k为二次曲面常量，r为非球面顶点的曲率半径，a1、a2、a3分别为抛物面待修剪高次项系数，两镜面定义时的k值不同。
基于已确定的平行光管焦距f和口径D，应用ZEMAX软件进行离轴设计，在设计过程中对数据进行调整及优化。本实用新型最后可得到的壳体长宽高为330×57×89mm，总重量仅为3.5Kg，轴上精度为11"，有效口径D为55mm，视场角a为1.5°，焦距f为800mm，离轴抛物面主反射镜与离轴双曲面次反射镜之间的距离L1为297.9mm。本实用新型不仅有效地减小了平行光管的体积和重量，同时在轴上还具有很好的成像质量。
在由离轴抛物面主反射镜2与离轴双曲面次反射镜3构成的光学系统的焦平面处放置集可见光、激光与长波红外于一体的多波段目标模拟光源5，模拟光源发射的可见光、激光或长波红外线首先到达离轴双曲面次反射镜3，由离轴双曲面次反射镜3重导和反射后，光线到达离轴抛物面主反射镜2，经离轴抛物面主反射镜2反射后光线以平行光的形式出射，从而实现集可见光、激光与长波红外于一体的多波段目标模拟与检测。

Claims (3)

1.一种用于多波段目标模拟检测的离轴双反式非球面平行光管，其特征是，在筒状壳体前、后端面设有封口板；在前端面的封口板上开有偏离中心的出光口，在前端面的封口板的内侧设置有离轴双曲面次反射镜；在后端面的封口板的内侧设置有与前端面出光口相对的离轴抛物面主反射镜；所述离轴双曲面次反射镜设置在所述离轴抛物面主反射镜的焦平面上；在所述离轴抛物面主反射镜与所述离轴双曲面次反射镜构成的光学系统的焦平面上设置有模拟光源。
2.根据权利要求1所述的用于多波段目标模拟检测的离轴双反式非球面平行光管，其特征是，所述离轴抛物面主反射镜与所述离轴双曲面次反射镜的镜面结构是依据公式
定义得出；其中，z为曲面上各点沿光轴方向坐标，r为光线与曲面交点高度，c为顶点曲率，k为二次曲面常量，r为非球面顶点的曲率半径，a1、a2、a3分别为抛物面待修剪高次项系数；所述两镜面结构定义时的k值不同；所述离轴抛物面主反射镜镜面为抛物面，所述离轴双曲面次反射镜镜面为偶次非球面。
3.根据权利要求1所述的用于多波段目标模拟检测的离轴双反式非球面平行光管，其特征是，在所述离轴抛物面主反射镜和所述离轴双曲面次反射镜的镜面上均镀有铝反射膜。
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